Огонь плазма. Плазма — четвертое состояние вещества: свойства, получение и применение

Что такое плазма и почему ее называют четвертым состоянием вещества. Как получают плазму. Где встречается плазма в природе и технике. Каковы основные свойства и характеристики плазмы. Как применяется плазма в науке и технологиях.

Что такое плазма и почему ее называют четвертым состоянием вещества

Плазма — это частично или полностью ионизированный газ, состоящий из свободных электронов, ионов и нейтральных атомов или молекул. Плазму часто называют четвертым состоянием вещества наряду с твердым, жидким и газообразным по следующим причинам:

• При нагревании вещество последовательно переходит из твердого в жидкое, затем в газообразное, а при дальнейшем повышении температуры — в плазменное состояние.
• Свойства плазмы существенно отличаются от свойств обычного газа, особенно под действием электрических и магнитных полей.
• Плазма является самым распространенным состоянием вещества во Вселенной (до 99% видимой материи).

Основное отличие плазмы от нейтрального газа — наличие свободных носителей заряда, что делает ее электропроводящей и позволяет взаимодействовать с электромагнитными полями.

Как получают плазму в лабораторных и промышленных условиях

Существует несколько основных способов получения плазмы:

1. Нагрев газа до высоких температур (термическая ионизация). При достаточно высокой температуре атомы газа начинают терять электроны, превращаясь в ионы.
2. Электрический разряд в газе. При пропускании электрического тока через газ происходит его ионизация за счет столкновений электронов с атомами.
3. Воздействие сильного электромагнитного излучения. Например, лазерное излучение высокой интенсивности способно ионизировать вещество.
4. Сжатие вещества до высоких плотностей. В этом случае ионизация происходит из-за перекрытия электронных оболочек атомов.

В лабораторных условиях чаще всего используют электрические разряды в газах. В промышленности применяют плазмотроны — устройства, генерирующие потоки низкотемпературной плазмы с помощью электрической дуги.

Где встречается плазма в природе

В природе плазма встречается в следующих формах:

• Звезды, в том числе Солнце, состоят из горячей плазмы, в которой происходят термоядерные реакции.
• Солнечный ветер — поток плазмы, испускаемый Солнцем.
• Ионосфера Земли — слой атмосферы, содержащий ионизированный газ.
• Магнитосфера Земли заполнена разреженной плазмой.
• Молнии — пример кратковременного существования плазмы в атмосфере.
• Полярные сияния возникают при взаимодействии солнечного ветра с верхними слоями атмосферы.

Таким образом, плазма широко распространена в космосе и играет важную роль во многих астрофизических процессах.

Основные свойства и характеристики плазмы

Плазма обладает рядом уникальных свойств, отличающих ее от обычного газа:

1. Квазинейтральность — в целом плазма электрически нейтральна, хотя и состоит из заряженных частиц.
2. Высокая электропроводность — плазма хорошо проводит электрический ток.
3. Взаимодействие с электромагнитными полями — поведение плазмы сильно зависит от внешних полей.
4. Коллективные эффекты — частицы в плазме взаимодействуют друг с другом на больших расстояниях через электромагнитные поля.
5. Экранировка электрических полей — плазма способна экранировать внешние электрические поля.

Важными характеристиками плазмы являются:

• Температура электронов и ионов
• Степень ионизации — отношение числа ионизированных атомов к общему числу атомов
• Концентрация заряженных частиц
• Дебаевский радиус — характерный масштаб экранировки электрических полей
• Плазменная частота — частота колебаний электронов в плазме

Применение плазмы в науке и технологиях

Уникальные свойства плазмы нашли широкое применение в различных областях науки и техники:

1. Термоядерный синтез — создание управляемой термоядерной реакции для получения энергии.
2. Плазменные двигатели для космических аппаратов.
3. Плазменная обработка материалов — резка, сварка, напыление покрытий.
4. Плазмохимия — проведение химических реакций в плазме.
5. Источники света — газоразрядные лампы, плазменные панели.
6. Плазменные антенны в радиотехнике.
7. Очистка воды и воздуха с помощью плазменных технологий.

Исследования плазмы продолжают открывать новые перспективные области ее применения, что делает физику плазмы одним из важнейших направлений современной науки.

Плазма в магнитном поле и проблема управляемого термоядерного синтеза

Поведение плазмы в магнитном поле имеет особое значение для решения проблемы управляемого термоядерного синтеза. Почему это так важно?

• Для осуществления термоядерной реакции необходимо нагреть плазму до температур порядка 100 миллионов градусов.
• При таких температурах никакой материальный контейнер не способен удержать плазму.
• Магнитное поле позволяет удерживать и изолировать горячую плазму от стенок реактора.

Как магнитное поле влияет на движение заряженных частиц в плазме?

1. Заряженные частицы движутся по спиральным траекториям вокруг силовых линий магнитного поля.
2. Поперечное движение частиц относительно поля затруднено — возникает эффект «вмороженности» плазмы в магнитное поле.
3. При неоднородном магнитном поле возникает дрейф частиц поперек силовых линий.

Какие конфигурации магнитных полей используются для удержания плазмы?

• Токамак — тороидальная камера с магнитными катушками.
• Стелларатор — устройство со сложной неплоской геометрией магнитного поля.
• Пробкотрон — линейная система с магнитными пробками на концах.

Несмотря на значительный прогресс в исследованиях, проблема создания термоядерного реактора для промышленного производства энергии пока не решена. Основные трудности связаны с неустойчивостью плазмы и ее диффузией поперек магнитного поля.

Волны и колебания в плазме

Плазма как активная среда способна поддерживать различные типы волн и колебаний. Какие основные виды волн существуют в плазме?

1. Ленгмюровские волны — продольные электронные колебания.
2. Ионно-звуковые волны — низкочастотные колебания, аналогичные звуковым волнам в газе.
3. Альфвеновские волны — низкочастотные колебания в замагниченной плазме.
4. Электромагнитные волны — могут распространяться в плазме с дисперсией.

Чем определяется характер распространения волн в плазме?

• Плотностью и температурой плазмы
• Наличием и величиной внешнего магнитного поля
• Соотношением между частотой волны и характерными частотами плазмы (плазменной, циклотронной)

Волновые процессы в плазме играют важную роль во многих физических явлениях:

• Нагрев плазмы высокочастотными полями
• Диагностика параметров плазмы
• Генерация электромагнитного излучения
• Развитие неустойчивостей в плазме

Изучение волновых явлений в плазме имеет большое значение для астрофизики, физики ионосферы и магнитосферы, а также для разработки новых плазменных технологий.

Плазмохимия и плазменные технологии

Плазмохимия изучает химические реакции, протекающие в плазме или с участием частиц плазмы. Почему плазмохимические процессы представляют интерес?

• В плазме возможно протекание реакций, невозможных или малоэффективных в обычных условиях.
• Высокие температуры и наличие активных частиц в плазме ускоряют химические процессы.
• Плазмохимические технологии часто более экологичны по сравнению с традиционными методами.

Какие основные области применения имеет плазмохимия?

1. Получение новых материалов, включая наноматериалы
2. Модификация поверхностей (очистка, травление, нанесение покрытий)
3. Переработка отходов и обезвреживание вредных веществ
4. Получение водорода и других ценных газов
5. Синтез органических и неорганических соединений

Какие типы плазмохимических реакторов используются в промышленности?

• Реакторы с дуговым разрядом
• Высокочастотные индукционные плазмотроны
• Реакторы с барьерным разрядом
• Реакторы с микроволновым разрядом

Плазменные технологии находят все более широкое применение в различных отраслях промышленности, включая металлургию, электронику, химическую и текстильную промышленность. Развитие плазмохимии открывает новые возможности для создания эффективных и экологически чистых производственных процессов.

Плазмохимия — Что такое Плазмохимия?

AИ-95

0

AИ-98

0

23 мая 2021 в 05:54

4414

Интерес к плазмохимии растет в части производства водородного топлива

Плазмохимия изучает химические процессы в низкотемпературной плазме, разрабатывает основы плазмохимической технологии.
Плазмохимические технологии позволяют:

• получать чистые и высокочистые материалы, 
• достигать необычной структуры или уникальных свойств соединений.

Впервые базовые исследования «химии электрических разрядов» были проведены в 1960^х гг. в СССР, США и ФРГ. Профессор Л. Полак (1908 — 2002) — стоял у истоков плазмохимии в СССР.

Плазма

Плазма — это состояние вещества, при котором газовая фаза активизируется до тех пор, пока атомные электроны больше не будут связаны с каким-либо конкретным атомным ядром.
Плазма состоит из положительно заряженных ионов и несвязанных электронов.
Плазма может быть получена либо путем нагревания газа до ионизации, либо путем воздействия на него сильного электромагнитного поля.
Частицы плазмы: молекулы, электроны, атомы, ионы, свободные радикалы.
Термин «плазма» происходит от греческого слова, которое означает желе или формовочный материал.
Термин Плазма ввел в 1920^е гг. химик Ирвинг Ленгмюр.
Научное описание плазмы осуществил Уильям Крукс в 1879 г, назвав ее «лучистой материей» в электронно-лучевой трубке Крукса.

В 1928 году Ленгмюр дал название форме материи.
Плазма считается одним из 4^х основных состояний вещества, наряду с твердыми телами, жидкостями и газами.  
«Ионизированный» означает, что по крайней мере 1 электрон не связан с атомом или молекулой, превращая атомы или молекулы в положительно заряженные ионы.
С повышением температуры молекулы становятся более энергичными и преобразуют материю в последовательности: твердое тело, жидкость, газ и, наконец, плазма, что оправдывает название «четвертое состояние материи».
В отличие от остальных 3 состояний вещества, в повседневной жизни плазма встречается редко.
Ионизированный газ обычно называют плазмой, если он электрически нейтрален (т.е. плотность электронов уравновешивается плотностью положительных ионов) и содержит значительное количество электрически заряженных частиц, достаточное для того, чтобы влиять на его электрические свойства и поведение.

Естественные примеры плазмы: молнии, полярное сияние, ионосферу, огонь Святого Эльма и электрические искры.
Плазма — это самая распространенная форма материи во Вселенной.

Плазма похожа на газ в том смысле, что она принимает форму и объем своего сосуда.
Но плазма не так свободна, как газ, потому что ее частицы электрически заряжены:

• противоположные заряды притягиваются друг к другу, часто заставляя плазму сохранять общую форму или течение.
• плазма может формироваться или удерживаться электрическими и магнитными полями. 

Плазма обычно находится под гораздо более низким давлением, чем газ.
Существуют разные степени ионизации, уровень которой контролируется температурой.
При которой повышение температуры увеличивает степень ионизации.
Вещество, в котором ионизировано только 1% частиц, может проявлять характеристики плазмы, но не быть плазмой.
Плазма делится на термическую (высокотемпературную) или слабоионизированную (низкотемпературную):

• в тепловой — электроны и более тяжелые частицы находятся в тепловом равновесии или при одинаковой температуре;
• в нетепловой — электроны имеют гораздо более высокую температуру, чем ионы и нейтральные частицы (которые могут иметь комнатную температуру).

Для получения плазмы необходимы внешние источники энергии.
Часть этой энергии расходуется на осуществление химических процессов.

Плазмохимия

В плазмохимии рассматриваются процессы при температурах в диапазоне 1000 — 10 000°С.
Частицы плазмы в этом диапазоне находятся в возбужденном состоянии, существенно повышается интенсивность столкновения таких частиц, и они вступают в химические реакции.

Оборудование — специальные установки  плазмотроны.

В подведенных в плазмотрон газах или парах различных веществ интенсивным электромагнитным полем создают электрические разряды, образуется плазма. 

Энергия электрического поля передается ее электронам и от них нейтральным молекулам, которые переходят в возбужденное, химически активное состояние.

Большая скорость химических реакций в газовой фазе позволяет добиваться высокой удельной производительности плазмотронов.

Конечные продукты выводятся из плазмы методом охлаждения.
Закалка — процесс, связанный с резким охлаждением конечных продуктов, это  одним из основных этапов процесса плазмохимии.
Позволяет сместить химическое равновесие в сторону стабилизации продуктов.

В диапазоне температур плазмохимии химические связи разрушаются, поэтому энергии разрушения нередко не требуется.
Это не только существенно ускоряет процесс, дает возможность  уменьшить габариты оборудования. 

Промышленное применение плазмохимических процессов:

• получение ацетилена и технического водорода из природного газа; 
• получение ацетилена, этилена и водорода из углеводородов нефти; 
• производство синтез-газа для получения винилхлорида и др.

Последние новости

Новости СМИ2

Произвольные записи из технической библиотеки

Используя данный сайт, вы даете согласие на использование файлов cookie, помогающих нам сделать его удобнее для вас. Подробнее.

Все отзывы о клубе «Plazma» – Афиша-Клубы

Все отзывы о клубе «Plazma» – Афиша-Клубы

Все отзывы о клубе в Фрязино

Фрязино, г. Фрязино, Вокзальная, 4

О месте Отзывы (3)

Лучшие отзывы о о клубе Plazma

• • Кристина

    1 отзыв, 1 оценка, рейтинг 0

    1больше не приду !!!! Эра Плазмы — закончилась !

    Ночной клуб «ПЛАЗМА» закрыт с января 2019 года. На его месте сейчас другое заведение. Новое заведение меня не впечатлило , больше не приду ! Обслуживание — НОЛЬ ! Официантов нет ! Администратора — нет ! Диджеи — пьяные !

    26 января 2020

  • Павел Багатько

    1 отзыв, 1 оценка, рейтинг 0

    715.11 #dj_lightman #miamiclubfryazino #маямиклубфрязино

    Хорошее месторасположение Клуба. Звук и свет зачёт

    15 ноября 2019

  • Ivan Ivanov

    1 отзыв, 1 оценка, рейтинг 0

    10Весело, атмосферно и зажигательно.

    DJ огонь! Весёлое, зажигательное место. Недорогой и качественный бар и кухня. Понравилось очень оформление.

    22 декабря 2018

Подборки «Афиши»

 

«Главное — твердость характера, а все страхи можно побороть». Подростки «Каскада» о своей выставке в Музее Москвы

Почему вашему ребенку новые «Звездные войны» понравятся не меньше старых

Осенний прогноз: до -40% на планы выходного дня в Питере

Осенний прогноз: до -30% на планы выходного дня в Москве

Мероприятия

 

Создайте уникальную страницу своего события на «Афише»

Это возможность рассказать о нем многомиллионной аудитории и увеличить посещаемость

• Абакан,
• Азов,
• Альметьевск,
• Ангарск,
• Арзамас,
• Армавир,
• Артем,
• Архангельск,
• Астрахань,
• Ачинск,
• Балаково,
• Балашиха,
• Балашов,
• Барнаул,
• Батайск,
• Белгород,
• Белорецк,
• Белореченск,
• Бердск,
• Березники,
• Бийск,
• Благовещенск,
• Братск,
• Брянск,
• Бугульма,
• Бугуруслан,
• Бузулук,
• Великий Новгород,
• Верхняя Пышма,
• Видное,
• Владивосток,
• Владикавказ,
• Владимир,
• Волгоград,
• Волгодонск,
• Волжский,
• Вологда,
• Вольск,
• Воронеж,
• Воскресенск,
• Всеволожск,
• Выборг,
• Гатчина,
• Геленджик,
• Горно-Алтайск,
• Грозный,
• Губкин,
• Гудермес,
• Дербент,
• Дзержинск,
• Димитровград,
• Дмитров,
• Долгопрудный,
• Домодедово,
• Дубна,
• Евпатория,
• Екатеринбург,
• Елец,
• Ессентуки,
• Железногорск,
• Жуковский,
• Зарайск,
• Заречный,
• Звенигород,
• Зеленогорск,
• Зеленоград,
• Златоуст,
• Иваново,
• Ивантеевка,
• Ижевск,
• Иркутск,
• Искитим,
• Истра,
• Йошкар-Ола,
• Казань,
• Калининград,
• Калуга,
• Каменск-Уральский,
• Камышин,
• Каспийск,
• Кемерово,
• Кингисепп,
• Кириши,
• Киров,
• Кисловодск,
• Клин,
• Клинцы,
• Ковров,
• Коломна,
• Колпино,
• Комсомольск-на-Амуре,
• Копейск,
• Королев,
• Коряжма,
• Кострома,
• Красногорск,
• Краснодар,
• Краснознаменск,
• Красноярск,
• Кронштадт,
• Кстово,
• Кубинка,
• Кузнецк,
• Курган,
• Курск,
• Лесной,
• Лесной Городок,
• Липецк,
• Лобня,
• Лодейное Поле,
• Ломоносов,
• Луховицы,
• Лысьва,
• Лыткарино,
• Люберцы,
• Магадан,
• Магнитогорск,
• Майкоп,
• Махачкала,
• Миасс,
• Можайск,
• Московский,
• Мурманск,
• Муром,
• Мценск,
• Мытищи,
• Набережные Челны,
• Назрань,
• Нальчик,
• Наро-Фоминск,
• Находка,
• Невинномысск,
• Нефтекамск,
• Нефтеюганск,
• Нижневартовск,
• Нижнекамск,
• Нижний Новгород,
• Нижний Тагил,
• Новоалтайск,
• Новокузнецк,
• Новокуйбышевск,
• Новомосковск,
• Новороссийск,
• Новосибирск,
• Новоуральск,
• Новочебоксарск,
• Новошахтинск,
• Новый Уренгой,
• Ногинск,
• Норильск,
• Ноябрьск,
• Нягань,
• Обнинск,
• Одинцово,
• Озерск,
• Озеры,
• Октябрьский,
• Омск,
• Орел,
• Оренбург,
• Орехово-Зуево,
• Орск,
• Павлово,
• Павловский Посад,
• Пенза,
• Первоуральск,
• Пермь,
• Петергоф,
• Петрозаводск,
• Петропавловск-Камчатский,
• Подольск,
• Прокопьевск,
• Псков,
• Пушкин,
• Пушкино,
• Пятигорск,
• Раменское,
• Ревда,
• Реутов,
• Ростов-на-Дону,
• Рубцовск,
• Руза,
• Рыбинск,
• Рязань,
• Салават,
• Салехард,
• Самара,
• Саранск,
• Саратов,
• Саров,
• Севастополь,
• Северодвинск,
• Североморск,
• Северск,
• Сергиев Посад,
• Серпухов,
• Сестрорецк,
• Симферополь,
• Смоленск,
• Сокол,
• Солнечногорск,
• Сосновый Бор,
• Сочи,
• Спасск-Дальний,
• Ставрополь,
• Старый Оскол,
• Стерлитамак,
• Ступино,
• Сургут,
• Сызрань,
• Сыктывкар,
• Таганрог,
• Тамбов,
• Тверь,
• Тихвин,
• Тольятти,
• Томск,
• Туапсе,
• Тула,
• Тюмень,
• Улан-Удэ,
• Ульяновск,
• Уссурийск,
• Усть-Илимск,
• Уфа,
• Феодосия,
• Фрязино,
• Хабаровск,
• Ханты-Мансийск,
• Химки,
• Чебоксары,
• Челябинск,
• Череповец,
• Черкесск,
• Чехов,
• Чита,
• Шахты,
• Щелково,
• Электросталь,
• Элиста,
• Энгельс,
• Южно-Сахалинск,
• Якутск,
• Ялта,
• Ярославль

• Оценки
• Положительные,
• Отрицательные

• Сортировка
• по рейтингу пользователя,
• по рейтингу рецензии

Франк-Каменецкий Д.

А. Плазма — четвертое состояние вещества. — 1968 — Электронная библиотека «История Росатома»Франк-Каменецкий Д. А. Плазма — четвертое состояние вещества. — 1968 — Электронная библиотека «История Росатома»

Главная → Указатель произведений

ЭлектроннаябиблиотекаИстория Росатома

Ничего не найдено.

Загрузка результатов…

 

 

Закладки

 

 

 

Обложка123456789101112131415161718192021222324252627282930313233343536373839404142434445464748495051525354555657585960616263646566676869707172737475767778798081828384858687888990919293949596979899100101102103104105106107108109110111112113114115116117118119120121122123124125126127128129130131132133134135136137138139140141142143144145146147148149150151152153154155156157158159160161Обложка (с. 4)

 

 

Увеличить/уменьшить масштаб

По ширине страницы

По высоте страницы

Постранично/Разворот

Поворот страницы

Навигация по документу

Закладки

Поиск в издании

Структура документа

Скопировать текст страницы

(работает в Chrome 42+,
Microsoft Internet Explorer и Mozilla FireFox
c установленным Adobe Flash Player)

Добавить в закладки

Текущие страницы выделены рамкой.

 

Содержание

ОбложкаОбложка

1Титульные листы

3От автора

5Плазма — четвертое состояние вещества

12Как получается плазма

15Диагностика плазмы

22Квазинейтральность и разделение зарядов

26Поляризация плазмы

28Газовый разряд

30Термодинамика плазмы

39Элементарные процессы

40Плазма и излучение

44Равновесие и стационарное состояние ионизации

48Плазма как проводящая жидкость

54Диффузия поля и диффузия плазмы

55Применения модели проводящей жидкости

57Тороидальные магнитные ловушки

59Электромагнитные насосы и ускорение плазмы

62Магнитогидродинамические течения

63Модель двух жидкостей

68Проводимость плазмы в магнитном поле

70Плазма как система независимых частиц

72Дрейфовое движение

74Электрический дрейф

77Сохранение магнитного момента

79Адиабатические ловушки

82Дрейф в неоднородном поле

86Поляризационный дрейф

88Вращающаяся плазма

89Ток намагничивания

92Квазигидродинамическое приближение

93Гидромагнитная неустойчивость плазмы

98Неустойчивость пинча

99Стабилизация вмороженным магнитным полем

101Перестановочная, или желобковая, неустойчивость

104Диффузия противоположных полей

108Колебания и волны в плазме

112Электростатические плазменные колебания

114Электростатические колебания с участием ионов

117Колебания плазмы в магнитном поле

120Дисперсия близ циклотронных частот

123Косые волны и общая классификация колебаний

124Прохождение радиоволн через плазму

130Плазменные резонаторы и волноводы

133Затухание и раскачка колебаний

138Ударные волны в плазме

139Случайные процессы

141Прогулка «пьяницы»

143Пробег и сечение столкновения

144Столкновения с нейтральными частицами

147Кулоновские столкновения

151Установление термического равновесия

153Процессы переноса в магнитном поле

154Амбиполярная диффузия

156Современный плазменный эксперимент

160Содержание

161Замеченные опечатки

Обложка (с. 4)Обложка

 

Обращаясь к сайту «История Росатома — Электронная библиотека»,
я соглашаюсь с условиями использования представленных там материалов.

Правила сайта (далее – Правила)

1. Общие положения
   1. Настоящие правила определяют порядок и условия использования материалов, размещенных на сайте www.biblioatom.ru (далее именуется Сайт), а также правила использования материалов Сайтом и порядок взаимодействия с Администрацией Сайта.
   2. Любые материалы, размещенные на Сайте, являются объектами интеллектуальной собственности (объектами авторского права или смежных прав, а также прав на средства индивидуализации). Права Администрации Сайта на указанные материалы охраняются законодательством о правах на результаты интеллектуальной деятельности.
   3. Использование материалов, размещенных на Сайте, допускается только с письменного согласия Администрации Сайта или иного правообладателя, прямо указанного на конкретном материале, размещенном на Сайте, или в непосредственной близости от указанного материала.
   4. Права на использование и разрешение использования материалов, размещенных на Сайте, принадлежащих иным правообладателям, нежели Администрация Сайта, допускается с разрешения таких правообладателей или в соответствии с условиями, установленными такими правообладателями. Никакое из положений настоящих Правил не дает прав третьим лицам на использование материалов правообладателей, прямо указанных на конкретном материале, размещенном на Сайте, или в непосредственной близости от указанного материала.
   5. Настоящие Правила распространяют свое действие на следующих пользователей: информационные агентства, электронные и печатные средства массовой информации, любые физические и юридические лица, а также индивидуальные предприниматели (далее — «Пользователи»).
2. Использование материалов. Виды использования
   1. Под использованием материалов Сайта понимается воспроизведение, распространение, публичный показ, сообщение в эфир, сообщение по кабелю, перевод, переработка, доведение до всеобщего сведения и иные способы использования, предусмотренные действующим законодательством Российской Федерации.
   2. Использование материалов Сайта без получения разрешения от Администрации Сайта не допустимо.
   3. Внесение каких-либо изменений и/или дополнений в материалы Сайта запрещено.
   4. Использование материалов Сайта осуществляется на основании договоров с Администрацией Сайта, заключенных в письменной форме, или на основании письменного разрешения, выданного Администрацией Сайта.
   5. Запрещается любое использование (бездоговорное/без разрешения) фото-, графических, видео-, аудио- и иных материалов, размещенных на Сайте, принадлежащих Администрации Сайта и иным правообладателям (третьим лицам).
   6. Стоимость использования каждого конкретного материала или выдача разрешения на его использование согласуется Пользователем и Администрацией Сайта в каждом конкретном случае.
   7. В случае необходимости использования материалов Сайта, права на которые принадлежат третьим лицам (иным правообладателям, нежели Администрация Сайта, о чем прямо указано на таких материалах либо в непосредственной близости от них), Пользователи обязаны обращаться к правообладателям таких материалов для получения разрешения на использование материалов.
3. Обязанности Пользователей при использовании материалов Сайта
   1. 3.1. При использовании материалов Сайта в любых целях при наличии разрешения Администрации Сайта, ссылка на Сайт обязательна и осуществляется в следующем виде:
      1. в печатных изданиях или в иных формах на материальных носителях Пользователи обязаны в каждом случае использования материалов указать источник – электронная библиотека «История Росатома» (www.biblioatom.ru)
      2. в интернете или иных формах использования в электронном виде не на материальных носителях, Пользователи в каждом случае использования материалов обязаны разместить гиперссылку на Сайт — электронная библиотека «История Росатома» (www.biblioatom.ru), гиперссылка должна являться активной и прямой, при нажатии на которую Пользователь переходит на конкретную страницу Сайта, с которой заимствован материал.
      3. Ссылка на источник или гиперссылка, указанные в пп. 3.1.1 и 3.1.2. настоящих Правил, должны быть помещены Пользователем в начале используемого текстового материала, а также непосредственно под используемым аудио-, видео-, фотоматериалом, графическим материалом Администрации Сайта.
   2. Размеры шрифта ссылки на источник или гиперссылки не должны быть меньше размера шрифта текста, в котором используются материалы Сайта, либо размера шрифта текста Пользователя, сопровождающего аудио-, видео-, фотоматериалы и графические материалы Сайта, а также цвет ссылки должен быть идентичен цветам ссылок на Сайте и должен быть видимым Пользователю.
   3. Использование материалов с Сайта, полученных из вторичных источников (от иных правообладателей, нежели Администрация Сайта, о чем прямо указано на таких материалах либо в непосредственной близости от них), возможно только со ссылкой на эти источники и, в случае необходимости, установленной такими источниками (правообладателями), — с их разрешения.
   4. Не допускается переработка оригинального материала (произведения), взятого с Сайта, в том числе сокращение материала, иная его переработка, в том числе приводящая к искажению его смысла.
4. Права на материалы третьих лиц, урегулирование претензий
   1. Материалы, права на которые принадлежат третьим лицам, размещенные на Сайте, размещены либо с разрешения правообладателя, полученного Администрацией Сайта, либо, в случае, если таковое использование прямо не запрещено правообладателем, в соответствии с Законодательством РФ в информационных целях с обязательным указанием имени автора, материал которого используется, и источника заимствования.
   2. В случае, если в обозначении авторства материалов в соответствии с п. 4.1. настоящих Правил содержится ошибка, или в случае использования материала с предполагаемым или реальным нарушением прав третьих лиц, или в иных спорных случаях использования объектов интеллектуальной собственности, размещенных на Сайте, в том числе в случае, когда права третьего лица тем или иным образом нарушаются с использованием Сайта, применяется следующая схема урегулирования претензий третьих лиц к Администрации Сайта:
      1. в адрес Администрации Сайта по электронной почте на адрес info@biblioatom. ru направляется претензия, содержащая информацию об объекте интеллектуальной собственности, права на который принадлежат заявителю и который используется незаконно посредством Сайта или с нарушением правил использования, или иным образом права заявителя как обладателя исключительного права на объект интеллектуальной собственности, размещенный на Сайте, нарушены посредством Сайта, с приложением документов, подтверждающих правомочия заявителя, данные о правообладателе и копия доверенности на действия от лица правообладателя, если лицо, направляющее претензию, не является руководителем компании правообладателя или непосредственно физическим лицом — правообладателем. В претензии также указывается адрес страницы Сайта, которая содержит данные, нарушающие права, и излагается полное описание сути нарушения прав;
      2. Администрация Сайта обязуется рассмотреть надлежаще оформленную претензию в срок не менее 5 (пяти) рабочих дней с даты ее получения по электронной почте. Администрация Сайта обязуется уведомить заявителя о результатах рассмотрения его заявления (претензии) посредством отправки письма по электронной почте на адрес, указанный заявителем, а также направить ответ в письменном виде на адрес, указанный заявителем (в случае неуказания такового адреса отправки, обязательство по предоставлению письменного ответа на претензию с Администрации Сайта снимается). В том числе, Администрация Сайта вправе запросить дополнительные документы, свидетельства, данные, подтверждающие законность предъявляемой претензии. В случае признания претензии правомерной, Администрация Сайта примет все возможные меры, необходимые для прекращения нарушения прав заявителя и урегулирования претензии;
      3. Администрация Сайта в любом случае предпринимает все возможные меры к скорейшему удовлетворению обоснованных претензий третьих лиц и стремиться к максимально скорому урегулированию всех спорных вопросов.
5. Прочие условия
   1. Администрация Сайта оставляет за собой право изменять настоящие Правила в одностороннем порядке в любое время без уведомления Пользователей. Любые изменения будут размещены на Сайте. Изменения вступают в силу с момента их опубликования на Сайте.
   2. По всем вопросам использования материалов Сайта Пользователи могут обращаться к Администрации Сайта по следующим координатам: [email protected]
   3. Во всем, что не урегулировано настоящими Правилами в отношении вопросов использования материалов на Сайте, стороны руководствуются положениями Законодательства РФ.

СогласенНе согласен

ПЛАЗМА | Энциклопедия Кругосвет

Содержание статьи

• Получение плазмы.
• Плазма в космосе.
• Свойства плазмы.
• Квазинейтральность.
• Длина и радиус Дебая.
• Плазменные колебания.
• Идеальность плазмы.
• Термодинамика плазмы.
• Столкновения частиц в плазме.
• Плазма в магнитном поле.
• Магнитное удержание плазмы.
• Диффузия плазмы поперек магнитного поля.
• Плазма как проводящая жидкость.
• Волны в плазме.

ПЛАЗМА – частично или полностью ионизованный газ, образованный из нейтральных атомов (или молекул) и заряженных частиц (ионов и электронов). Важнейшей особенностью плазмы является ее квазинейтральность, это означает, что объемные плотности положительных и отрицательных заряженных частиц, из которых она образована, оказываются почти одинаковыми. Газ переходит в состояние плазмы, если некоторые из составляющих его атомов (молекул) по какой-либо причине лишились одного или нескольких электронов, т.е. превратились в положительные ионы. В некоторых случаях в плазме в результате «прилипания» электронов к нейтральным атомам могут возникать и отрицательные ионы. Если в газе не остается нейтральных частиц, плазма называется полностью ионизованной.

Между газом и плазмой нет резкой границы. Любое вещество, находящееся первоначально в твердом состоянии, по мере возрастания температуры начинает плавиться, а при дальнейшем нагревании испаряется, т.е. превращается в газ. Если это молекулярный газ (например, водород или азот), то с последующим повышением температуры происходит распад молекул газа на отдельные атомы (диссоциация). При еще более высокой температуре газ ионизуется, в нем появляются положительные ионы и свободные электроны. Свободно движущиеся электроны и ионы могут переносить электрический ток, поэтому одно из определений плазмы гласит: плазма – это проводящий газ. Нагревание вещества не является единственным способом получения плазмы.

Плазма – четвертое состояние вещества, она подчиняется газовым законам и во многих отношениях ведет себя как газ. Вместе с тем, поведение плазмы в ряде случаев, особенно при воздействии на нее электрических и магнитных полей, оказывается столь необычным, что о ней часто говорят как о новом четвертом состоянии вещества. В 1879 английский физик В.Крукс, изучавший электрический разряд в трубках с разреженным воздухом, писал: «Явления в откачанных трубках открывают для физической науки новый мир, в котором материя может существовать в четвертом состоянии». Древние философы считали, что основу мироздания составляют четыре стихии: земля, вода, воздух и огонь. В известном смысле это отвечает принятому ныне делению на агрегатные состояния вещества, причем четвертой стихии – огню и соответствует, очевидно, плазма.

Сам термин «плазма» применительно к квазинейтральному ионизованному газу был введен американскими физиками Лэнгмюром и Тонксом в 1923 при описании явлений в газовом разряде. До той поры слово «плазма» использовалось лишь физиологами и обозначало бесцветный жидкий компонент крови, молока или живых тканей, однако вскоре понятие «плазма» прочно вошло в международный физический словарь, получив самое широкое распространение.

Получение плазмы.

Способ создания плазмы путем обычного нагрева вещества – не самый распространенный. Чтобы получить термическим путем полную ионизацию плазмы большинства газов, нужно нагреть их до температур в десятки и даже сотни тысяч градусов. Только в парах щелочных металлов (таких, например, как калий, натрий или цезий) электрическую проводимость газа можно заметить уже при 2000–3000° С, это связано с тем, что в атомах одновалентных щелочных металлов электрон внешней оболочки гораздо слабее связан с ядром, чем в атомах других элементов периодической системы элементов (т.е. обладает более низкой энергией ионизации). В таких газах при указанных выше температурах число частиц, энергия которых выше порога ионизации, оказывается достаточным для создания слабоионизованной плазмы.

Общепринятым способом получения плазмы в лабораторных условиях и технике является использование электрического газового разряда. Газовый разряд представляет собой газовый промежуток, к которому приложена разность потенциалов. В промежутке образуются заряженные частицы, которые движутся в электрическом поле, т. е. создают ток. Для поддержания тока в плазме нужно, чтобы отрицательный электрод (катод) испускал в плазму электроны. Эмиссию электронов с катода можно обеспечивать различными способами, например нагреванием катода до достаточно высоких температур (термоэмиссия), либо облучением катода каким-либо коротковолновым излучением (рентгеновские лучи, g-излучение), способным выбивать электроны из металла (фотоэффект). Такой разряд, создаваемый внешними источниками, называется несамостоятельным.

К самостоятельным разрядам относятся искровой, дуговой и тлеющий разряды, которые принципиально отличаются друг от друга по способам образования электронов у катода или в межэлектродном промежутке. Искровой разряд обычно оказывается прерывистым даже при постоянном напряжении на электродах. При его развитии возникают тонкие искровые каналы (стримеры), пронизывающие разрядный промежуток между электродами и заполненные плазмой. Пример одного из наиболее мощных искровых разрядов являет собой молния.

В обычном дуговом разряде, который реализуется в довольно плотном газе и при достаточно высоком напряжении на электродах, термоэмиссия с катода возникает чаще всего от того, что катод разогревается падающими на него газовыми ионами. Дуговой разряд, возникающий в воздухе между двумя накаленными угольными стержнями, к которым было подведено соответствующее электрическое напряжение, впервые наблюдал в начале 19 в. русский ученый В.В.Петров. Ярко светящийся канал разряда принимает форму дуги благодаря действию архимедовых сил на сильно нагретый газ. Дуговой разряд возможен и между тугоплавкими металлическими электродами, с этим связаны многочисленные практические применения плазмы дугового разряда в мощных источниках света, в электродуговых печах для плавки высококачественных сталей, при электросварке металлов, а также в генераторах непрерывной плазменной струи – так называемых плазмотронах. Температура плазменной струи может достигать при этом 7000–10 000 К.

Различные формы холодного или тлеющего разряда создаются в разрядной трубке при низких давлениях и не очень высоких напряжениях. В этом случае катод испускает электроны по механизму так называемой автоэлектронной эмиссии, когда электрическое поле у поверхности катода просто вытягивает электроны из металла. Газоразрядная плазма, простирающаяся от катодного до анодного участков, а некотором расстоянии от катода образует положительный столб, отличающийся от остальных участков разряда относительным постоянством по длине характеризующих его параметров (например, напряженности электрического поля). Светящиеся рекламные трубки, лампы дневного света, покрытые изнутри люминофорами сложного состава, представляют собой многочисленные применения плазмы тлеющего разряда. Тлеющий разряд в плазме молекулярных газов (например, СО и СО₂)_{широко используется для создания активной среды газовых лазеров на колебательно-вращательных переходах в молекулах.}

Сам процесс ионизации в плазме газового разряда неразрывно связан с прохождением тока и носит характер ионизационной лавины. Это означает, что появившиеся в газовом промежутке электроны за время свободного пробега ускоряются электрическим полем и перед столкновением с очередным атомом набирают энергию, достаточную для того, чтобы ионизовать атом, т. е. выбить еще один электрон). Таким способом происходит размножение электронов в разряде и установление стационарного тока.

В тлеющих газовых разрядах низкого давления степень ионизации плазмы (т.е. отношение плотности заряженных частиц к общей плотности составляющих плазму частиц), как правило, мала. Такая плазма называется слабоионизованной. В установках управляемого термоядерного синтеза (УТС) используется высокотемпературная полностью ионизованная плазма изотопов водорода: дейтерия и трития. На первом этапе исследований по УТС плазма нагревалась до высоких температур порядка миллионов градусов самим электрическим током в так называемых самосжимаемых проводящих плазменных шнурах (омический нагрев) (см. ЯДЕРНЫЙ СИНТЕЗ). В тороидальных установках магнитного удержания плазмы типа токамак удается нагреть плазму до температур порядка десятков и даже сотен миллионов градусов с помощью впрыскивания (инжекции) в плазму высокоэнергетических пучков нейтральных атомов. Другой способ состоит в использовании мощного микроволнового излучения, частота которого равна ионной циклотронной частоте (т. е. частоте вращения ионов в магнитном поле) – то нагрев плазмы методом так называемого циклотронного резонанса.

Плазма в космосе.

В земных условиях из-за сравнительно низкой температуры и высокой плотности земного вещества естественная плазма встречается редко. В нижних слоях атмосферы Земли исключение составляют разве что разряды молнии. В верхних слоях атмосферы на высотах порядка сотен километров существует протяженный слой частично ионизованной плазмы, называемый ионосферой, который создается благодаря ультрафиолетовому излучению Солнца. Наличие ионосферы обеспечивает возможность дальней радиосвязи на коротких волнах, поскольку электромагнитные волны отражаются на определенной высоте от слоев ионосферной плазмы. При этом радиосигналы благодаря многократным отражениям от ионосферы и от поверхности Земли оказываются способными огибать выпуклую поверхность нашей планеты.

Во Вселенной основная масса вещества (ок. 99,9%) находится в состоянии плазмы. Солнце и звезды образованы из плазмы, ионизация которой вызывается высокой температурой. Так, например, во внутренней области Солнца, где происходят реакции термоядерного синтеза, температура составляет около 16 млн. градусов. Тонкая область поверхности Солнца толщиной порядка 1000 км, называемая фотосферой, с которой излучается основная часть солнечной энергии, образует плазму при температуре порядка 6000 К. В разреженных туманностях и межзвездном газе ионизация возникает под действием ультрафиолетового излучения звезд.

Над поверхностью Солнца находится разреженная сильно нагретая область (при температуре около одного миллиона градусов), которая носит название солнечной короны. Стационарный поток ядер атомов водорода (протонов), испускаемый солнечной короной, называется солнечным ветром. Потоки плазмы с поверхности Солнца создают межпланетную плазму. Электроны этой плазмы захватываются магнитным полем Земли и образуют вокруг нее (на расстоянии в несколько тысяч километров от поверхности Земли) радиационные пояса. Потоки плазмы, возникающие в результате мощных солнечных вспышек, изменяют состояние ионосферы. Быстрые электроны и протоны, попадая в атмосферу Земли, вызывают в северных широтах появление полярных сияний.

Свойства плазмы.

Квазинейтральность.

Одна из важных особенностей плазмы в том, что отрицательный заряд электронов в ней почти точно нейтрализует положительный заряд ионов. При любых воздействиях на нее плазма стремится сохранить свою квазинейтральность. Если в каком-то месте происходит случайное смещение (например, за счет флуктуации плотности) части электронов, создающее избыток электронов в одном месте и недостаток в другом, в плазме возникает сильное электрическое поле, которое препятствует разделению зарядов и быстро восстанавливает квазинейтральность. Порядок величины такого поля можно оценить следующим образом. Пусть в слое плазмы толщиной в Dx создается объемный заряд плотностью q. Согласно законам электростатики, на длине Dx он создает электрическое поле E = 4p qDx (использована абсолютная система единиц СГСЭ. В практических единицах – вольтах на сантиметр – это поле в 300 раз больше). Пусть в 1 см³ есть Dn_e лишних электронов сверх тех, которые точно нейтрализуют заряд ионов. Тогда плотность объемного заряда q = eDn_e , где e = 4,8·10^–10 ед. СГС – заряд электрона. Электрическое поле, возникающее от разделения зарядов, равно

E = 1,8·10^–6Dx в/см

В качестве конкретного примера можно рассмотреть плазму с такой же концентрацией частиц, как атмосферный воздух у поверхности Земли, – 2,7·10¹⁹ молекул/см³ или 5,4·10¹⁹ атомов/см³. Пусть в результате ионизации все атомы стали однозарядными ионами. Соответствующая концентрация электронов плазмы в этом случае равна n_e = 5,4·10¹⁹ электрон/cм³. Пусть на длине 1 см концентрация электронов изменилась на 1%. Тогда Dn_e = 5,4·10¹⁷ электрон/см³, Dx = 1 см и в результате разделения зарядов возникает электрическое поле E » 10¹² в/см.

Для создания такого сильного электрического поля понадобилась бы огромная энергия. Это говорит о том, что для рассматриваемого примера достаточно плотной плазмы фактическое разделение заряда будет ничтожно малым. Для типичного случая термоядерной плазмы (n_e ~ 10¹² – 10¹⁴ см^–3 ) поле, которое препятствует разделению зарядов для рассмотренного выше примера, остается еще очень большим (E ~ 10⁷10⁹ в/см).

Длина и радиус Дебая.

Пространственный масштаб разделения заряда или ту характерную длину, ниже которой (по порядку величины) разделение зарядов становится заметным, можно оценить, вычисляя работу по разделению зарядов на расстояние d, которая совершается силами возникающего на длине x электрического поля E = 4pn_e ex.

С учетом того, что сила, действующая на электрон равна eE, работа этой силы равна

Эта работа не может превышать кинетическую энергию теплового движения частиц плазмы, которая для случая одномерного движения равна (1/2)kT, где k – постоянная Больцмана, T – температура, т. е.

A Ј (1/2)kT.

Из этого условия следует оценка максимального масштаба разделения заряда

(1)

Эта величина называется длиной Дебая по имени ученого, который ввел ее впервые, исследуя явление электролиза в растворах, где встречается аналогичная ситуация. Для рассмотренного выше примера плазмы при атмосферных условиях (n_e = 5,4·10¹⁹ см^–3Т = 273 К, k = 1,38·10^–16 эрг/К) получаем d = 1,6 ·10^–19 см, а для условий термоядерной плазмы (n_e = 10¹⁴ см^–3, T = 10⁸K ) величина d = 7·10^–3 см.

Для существенно более разреженной плазмы длина Дебая может оказаться больше размеров самого плазменного объема. В этом случае условие квазинейтральности нарушается, и такую систему уже нет смысла называть плазмой.

Длина d (или радиус Дебая ) является важнейшей характеристикой плазмы. В частности, электрическое поле, создаваемое каждой отдельной заряженной частицей в плазме, экранируется частицами противоположного знака и фактически исчезает на расстоянии порядка радиуса Дебая от самой частицы. С другой стороны, величина d определяет глубину проникновения внешнего электрического поля в плазму. Заметные отклонения от квазинейтральности могут происходить вблизи границ плазмы с твердой поверхностью как раз на расстояниях порядка длины Дебая.

Плазменные колебания.

Еще одной важной характеристикой плазмы является плазменная (или лэнгмюровская) частота колебаний wp. Плазменные колебания – это колебания плотности заряда (например, электронной плотности). Они вызываются действием на заряд электрического поля, возникающего из-за нарушения квазинейтральности плазмы. Это поле стремится восстановить нарушенное равновесие. Возвращаясь в положение равновесия, заряд по инерции «проскакивает» это положение, что опять приводит к появлению сильного возвращающего поля.

Таким образом и возникают лэнгмюровские колебания плотности заряда в плазме. Электронная плазменная частота колебаний определяется при этом выражением

(2)

Для термоядерной плазмы, например, (n_e = 10¹⁴ см^–3 ) электронная плазменная частота оказывается равной wp = 10¹¹c^–1.

Идеальность плазмы.

По аналогии с обычным газом плазму считают идеальной, если кинетическая энергия движения составляющих ее частиц существенно больше энергии их взаимодействия. Заметное различие между плазмой и газом проявляется в характере взаимодействия частиц. Потенциал взаимодействия нейтральных атомов и молекул в обычном газе является короткодействующим. Частицы оказывают заметное влияние друг на друга лишь при непосредственном сближении на расстояния порядка диаметра молекул a. Среднее расстояние между частицами при плотности газа n определяется как n–1/3 (см. ГАЗ). Условие идеальности газа имеет при этом вид: a n–1/3. Кулоновский потенциал взаимодействия заряженных частиц в плазме оказывается дальнодействующим, т.е. заряженные частицы создают вокруг себя протяженные электрические поля, медленно убывающие с расстоянием. Энергия кулоновского взаимодействия двух частиц с зарядом e, находящихся на расстоянии R друг от друга, равна e2/R . Подставляя вместо R среднее расстояние b между частицами и полагая среднюю кинетическую энергию частиц равной kT, условие идеальности плазмы можно представить в виде: kT. Для оценки отклонения плазмы от идеальности обычно вводят параметр неидеальности плазмы

(3)

Очевидно, плазма является идеальной, если g 1.

Условию идеальности плазмы можно придать более наглядный смысл, если ввести представление о так называемой сфере Дебая. В объеме плазмы выделяется шар с радиусом, равным радиусу Дебая, и подсчитывается число частиц N_D, содержащихся в этом шаре,

(4) ~ g–3/2

Сравнение с критерием (3) показывает, что условие идеальности плазмы сводится к требованию, чтобы в сфере Дебая оказывалось достаточное число частиц (N_D >> 1).

Для рассмотренных выше условий термоядерной плазмы (n_e = 10¹⁴ см^–3 , T = 10⁸K ) получается, что N_D » 10⁸. Для плазмы, образующейся в разряде молнии (n_e = 5·10¹⁹, T = 10⁴), величина N_D » 0,1. Такая плазма оказывается слабо неидеальной.

Термодинамика плазмы.

Если плазма удовлетворяет условию идеальности, то в термодинамическом отношении она ведет себя как идеальный газ, это означает, что ее поведение подчиняется обычным газовым законам (см. ГАЗ). Поскольку плазма представляет собой смесь частиц различных сортов (включая ионы и электроны), применение закона Дальтона позволяет записать уравнение состояния идеальной плазмы, которое связывает давление плазмы с плотностями каждого из видов частиц в смеси, в виде

(5) p = p1 + p2 + … = (n1 + n2 + …) kT

Здесь T – общая для всех компонентов смеси температура, соответствующая установлению полного термодинамического равновесия в плазме. Реальная плазма многих экспериментальных установок, как правило, не находится в состоянии теплового равновесия. Так, газоразрядная плазма разогревается за счет энергии, которая выделяется при прохождении электрического тока в газе и передается, в основном, легкому компоненту плазмы – электронам. При столкновении с тяжелыми частицами (ионами и атомами) электроны отдают лишь незначительную часть своей энергии. Если электронов в плазме достаточно, чтобы обеспечить интенсивный обмен энергией между ними, в плазме устанавливается квазиравновесие, соответствующее установлению электронной температуры, отличающейся от температуры ионов и атомов. (T_e > T). Такая плазма называется неизотермической. В газосветных рекламных трубках или в лампах дневного света, например, температура электронов обычно составляет десятки тысяч кельвинов, между тем как ионная температура и температура нейтрального газа оказываются не выше 1000–2000 К. Для полностью ионизованной плазмы термоядерных установок уравнение состояния плазмы записывается в виде

(6) p = k(n_eT_e + n_iT_i)

При этом, в отличие от обычной газоразрядной плазмы, температура ионов может оказаться заметно выше электронной.

Столкновения частиц в плазме.

В обычном газе процессы взаимодействия (столкновения) частиц носят, в основном, упругий характер. Это означает, что при таких столкновениях остаются неизменными суммарный импульс и энергия каждой взаимодействующей пары частиц. Если газ или плазма не сильно разрежены, столкновения частиц достаточно быстро приводят к установлению известного максвелловского распределения частиц по скоростям (см. МОЛЕКУЛЯРНО-КИНЕТИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ), которое соответствует состоянию теплового равновесия. Плазма отличается от газа гораздо большим разнообразием процессов столкновений частиц. В слабоионизованной плазме особую роль играют упругие взаимодействия электронов с нейтральными атомами или молекулами, такие процессы, как, например, перезарядка ионов на атомах. По мере повышения степени ионизации плазмы к обычным упругим короткодействующим взаимодействиям нейтральных атомов и молекул и электронов с нейтральными частицами добавляются дальнодействующие кулоновские взаимодействия заряженных частиц плазмы. При достаточно высоких температурах или при наличии электронов с высокой энергией, которую они приобретают, например, в электрическом поле газового разряда, многие столкновения носят неупругий характер. К ним относятся такие процессы, как переход атомов и молекул в возбужденное состояние, ионизация атомов, рекомбинация электронов и ионов с участием третьей частицы и др.

Особую роль в плазме играют кулоновские взаимодействия заряженных частиц. Если в нейтральном идеальном газе частицы большую часть времени находятся в свободном движении, резко меняя свою скорость лишь в моменты кратковременных столкновений, силы кулоновского притяжения или отталкивания между электронами и ионами сохраняют заметную величину даже при относительно большом удалении частиц друг от друга. Вместе с тем, это взаимодействие ограничено расстоянием порядка дебаевского радиуса, за пределами которого происходит экранирование взаимодействия выделенной заряженной частицы с другими заряженными частицами. Траекторию заряженных частиц уже нельзя представить в виде зигзагообразной линии, состоящей из коротких отрезков пути, как это делается при рассмотрении упругих столкновений в обычном газе. В плазме каждая заряженная частица все время находится в поле, создаваемом остальными электронами и ионами. Действие плазменного микрополя на частицы проявляется в плавном непрерывном изменении величины и направления скорости частицы (рис.1). Теоретический анализ показывает, что результирующий эффект слабых столкновений из-за их многочисленности оказывается при этом значительно большим, чем эффект, обусловленный редкими столкновениями, в результате которых происходит резкое изменение величины и направления скорости частицы.

При описании столкновений частиц важную роль играет так называемое сечение столкновений или сечение рассеяния. Для атомов, взаимодействующих как твердые упругие шарики, сечение s = 4p a2, где a – диаметр шарика. Можно показать, что в случае взаимодействий заряженных частиц кулоновское сечение столкновений состоит их двух множителей, учитывающих ближние и дальние взаимодействия. Ближнее взаимодействие отвечает крутому повороту в направлении движения частиц. Частицы сближаются до наименьшего расстояния между ними, если потенциальная энергия кулоновского взаимодействия сравнивается с кинетической энергией относительного движения частиц

,

где e1, e2 – заряды частиц, r – расстояние между ними, v – относительная скорость, m – приведенная масса (для электрона m равна массе электрона m_e). Для взаимодействия между электроном и однократно заряженным ионом расстояние ближнего взаимодействия b = rmin определяется как

(7)

Эффективное сечение взаимодействия есть площадь круга радиуса b, т.е. pb2. Однако направление движения частицы меняется и за счет дальних взаимодействий, приводящих к постепенному искривлению пути. Расчеты показывают, что полное сечение кулоновского рассеяния получается умножением сечения ближнего взаимодействия на так называемый кулоновский логарифм

(8) s = pb²s = pb2 ln L

Величина L, стоящая под знаком логарифма, равна отношению радиуса Дебая (формула (1)) к параметру ближнего взаимодействия b. Для обычной плазмы (например плазмы термоядерного синтеза) кулоновский логарифм меняется в пределах 10–20. Таким образом, дальние взаимодействия дают вклад в сечение рассеяния, больший на целый порядок величины, чем ближние.

Средняя длина свободного пробега частиц между столкновениями в газе l определяется выражением.

(9)

Среднее время между столкновениями равно

(10) , 7

где бvс = (8kT/pm)^1/2 – средняя тепловая скорость частиц.

По аналогии с газом, можно ввести понятия средней длины свободного пробега и среднего времени между столкновениями и в случае кулоновских столкновений частиц в плазме, используя в качестве s выражение (8). Поскольку величина s в этом случае зависит от скорости частиц, для перехода к значениям, усредненным по максвелловскому распределению частиц по скоростям, можно приближенно использовать выражение для среднего квадрата скорости частиц бv2с = (3kT/m_e). В результате получается приближенная оценка для среднего времени электрон-ионных столкновений в плазме

(11)

что оказывается близким к точному значению. Средняя длина свободного пробега электронов в плазме между их столкновениями с ионами определяется как

(12)

Для электрон-электронных столкновений . Среднее время ион-ионных столкновений оказывается во много раз больше: tii = (2m_i/m_e)^1/2tei.

Таким образом, благодаря малой массе электрона в плазме устанавливается некоторая иерархия характерных времен столкновений. Анализ показывает, что приведенные выше времена соответствуют средним характерным временам передачи импульса частиц при их столкновениях. Как уже отмечалось ранее, при взаимодействии электрона с тяжелой частицей происходит очень малая (пропорциональная отношению их масс) передача энергии электрона. Благодаря этому характерное время передачи энергии оказывается в этой иерархии времен наименьшим:

tE = (m_i/2m_e)tei.

Для условий термоядерной плазмы с ионами тяжелого изотопа водорода (дейтерия)

(ne = 10¹⁴ см^–3, T = 10⁸K, m_D/m_e = 3,7·10³) оценки дают

tei » 2·10^–4c, tee » 3·10^–4, tii » 10^–2c, tE » 0,3c

Характерные средние длины свободного пробега для электронов и ионов при этих условиях оказываются близкими (~10⁶ см), что во много раз превышает длины свободного пробега в газах при обычных условиях.

Среднее время обмена энергией между электронами и ионами может иметь при этом тот же порядок величины, что и обычное макроскопическое время, характерное для проводимых с плазмой экспериментов. Это означает, что в течение времени порядка величины tE , в плазме может поддерживаться устойчивая разность температур электронного и ионного компонентов плазмы.

Плазма в магнитном поле.

При высоких температурах и низких плотностях плазмы заряженные частицы большую часть времени проводят в свободном движении, слабо взаимодействуя друг с другом. Это позволяет во многих случаях рассматривать плазму как совокупность заряженных частиц, которые движутся почти независимо друг от друга во внешних электрических и магнитных полях.

Движение заряженной частицы с зарядом q во внешнем электрическом поле с напряженностью Е происходит под действием силы F = qE, что приводит к движению частицы с постоянным ускорением. Если заряженная частица движется со скоростью в магнитном поле, то магнитное поле действует на нее с силой Лоренца

(13) F = qvB sin a,

где B – индукция магнитного поля в теслах (Tl) (в международной системе единиц СИ), a – угол между направлением линий магнитной индукции и направлением скорости частицы. При перемещении частицы параллельно линиям индукции (a = 0 или a = 180°) сила Лоренца равна нулю, т.е. магнитное поле не действует на движение частицы, и она сохраняет в этом направлении свою скорость. Наибольшая сила действует на заряженную частицу в перпендикулярном направлении (a = 90°), при этом сила Лоренца действует перпендикулярно как к направлению скорости частицы, так и направлению вектора магнитной индукции. Эта сила не совершает работу и поэтому может изменить лишь направление скорости, но не ее величину Можно показать, что траектория движения частицы представляет в этом случае окружность (рис.2). Радиус окружности легко найти, если записать для этого случая второй закон Ньютона, в соответствии с которым произведение массы на центростремительное ускорение равно силе, действующей на частицу,

(mv2/R) = qvB, откуда следует

(14)

Величина R называется ларморовским радиусом по имени английского физика Лармора, который еще в конце 19 в. изучал движение заряженных частиц в магнитном поле. Угловая скорость вращения частицы

wH = v/R определяется как

(15)

и носит название ларморовской (или циклотронной) вращения. Название это возникло потому, что именно с такой частотой обращаются заряженные частицы в специальных ускорителях – циклотронах.

Поскольку направление силы Лоренца зависит от знака заряда, электроны и положительные ионы вращаются в противоположные стороны, при этом ларморовский радиус однократно заряженных ионов в (M/m) раз больше радиуса вращения электронов (M – масса иона, m – масса электрона). Для ионов водорода (протонов), например, это отношение равно почти 2000.

При равномерном движении заряженной частицы вдоль силовой линий магнитного поля и одновременном вращении вокруг нее траектория частицы представляет собой винтовую линию. Винтовые траектории иона и электрона изображены на рис.3.

В тех случаях, когда кроме магнитного поля на заряженную частицу действуют еще какие-нибудь поля (например, сила тяжести или электрическое поле) или когда магнитное поле неоднородно, характер движения частицы становится более сложным. – составляющая силы, перпендикулярная силовым линиям магнитного поля. Такие силы, как сила тяжести и центробежная сила, которые в отсутствие магнитного поля действуют на все частицы одинаково (независимо от их заряда), заставляют электроны и ионы дрейфовать в противоположных направлениях, т.е. в этом случае возникает отличный от нуля дрейфовый электрический ток

В случае, когда наряду с однородным магнитным полем перпендикулярно его силовым линиям действует однородное электрическое поле, выражение для скорости дрейфа принимает вид:

(17)

Сила электрического поля сама пропорциональна заряду частицы, поэтому в выражении (17) заряд сократился. Дрейф частиц в этом случае приводит лишь к движению всей плазмы, т.е. не возбуждает ток (рис.4). Дрейф, скорость которого определяется выражением (17), называется электрическим дрейфом.

Различные специфические виды дрейфа возникают в неоднородном магнитном поле. Так в результате искривления силовых линий (продольная неоднородность магнитного поля) на центр циклотронного круга действует центробежная сила, которая вызывает так называемый центробежный дрейф. Поперечная неоднородность поля (сгущение или разрежение силовых линий) приводит к тому, что циклотронный круг как бы выталкивается поперек поля с силой, пропорциональной изменению величины индукции магнитного поля на единицу длины. Эта сила вызывает так называемый градиентный дрейф.

Магнитное удержание плазмы.

Исследование особенностей поведения плазмы в магнитных полях вышло на первый план, когда встала проблема реализации управляемого термоядерного синтеза (УТС). Сущность проблемы заключается в том, чтобы осуществить на Земле те же реакции ядерного синтеза (превращение водорода в гелий), которые служат источниками энергии Солнца и других звезд. Сами эти реакции могут протекать лишь при сверхвысоких температурах (порядка сотен миллионов градусов), поэтому вещество в термоядерном реакторе представляет собой полностью ионизованную плазму. Очевидно, главная трудность состоит в том, чтобы изолировать эту высокотемпературную плазму от стенок реактора.

В 1950 советские физики И. Е.Тамм и А.Д.Сахаров и независимо от них ряд зарубежных ученых выдвинули идею магнитной термоизоляции плазмы. Эта идея может быть проиллюстрирована следующим простым примером. Если создать однородное магнитное поле внутри прямой трубы, заполненной плазмой, то заряженные частицы будут закручиваться вокруг силовых линий магнитного поля, перемещаясь только вдоль трубы (рис.5), чтобы избежать ухода частиц через концы трубы, можно соединить оба ее конца, т.е. согнуть трубу в «бублик». Труба такой формы представляет собой тор, а соответствующее устройство носит название тороидальной магнитной ловушки. Магнитное поле внутри тора создается с помощью намотанной на него проволочной катушки, по которой пропускается ток.

Однако, эта простая идея сразу наталкивается на ряд трудностей, которые связаны, в первую очередь, с дрейфовыми движениями плазмы. Поскольку силовые линии магнитного поля в тороидальной ловушке представляют собой окружности, можно ожидать центробежный дрейф частиц к стенкам ловушки. Кроме того, в силу принятой геометрии установки, витки с током располагаются на внутренней окружности тора ближе друг к другу, чем на внешней, поэтому индукция магнитного поля увеличивается по направлению от внешней стенки тора к внутренней, что очевидным образом приводит к градиентному дрейфу частиц к стенкам ловушки. Оба вида дрейфа частиц вызывают движение зарядов противоположного знака в разные стороны, в результате вверху образуется избыток отрицательных зарядов, а внизу – положительных. (рис.6). Это приводит к появлению электрического поля, которое перпендикулярно магнитному полю. Возникшее электрическое поле вызывает электрический дрейф частиц и плазма как целое устремляется к наружной стенке.

Идею магнитной термоизоляции плазмы в тороидальной ловушке можно спасти, если создать в ней магнитное поле специального типа, так чтобы линии магнитной индукции представляли собой не окружности, а винтовые линии, навивающиеся на тороидальную поверхность (рис.7). Такое магнитное поле можно создать либо с помощью специальной системы катушек, либо закручивая тор в фигуру, напоминающую цифру восемь («восьмерку»). Соответствующие устройства носят название стеллараторов (от слова «стеллар» – звездный). Другой способ, также позволяющий компенсировать дрейф плазмы в тороидальной ловушке, состоит в возбуждении вдоль тора электрического тока прямо по плазме. Систему с кольцевым током назвали токамак (от слов «токовая камера», «магнитные катушки»).

Существуют и другие идеи магнитного удержания плазмы. Одна из них заключается, например, в создании ловушек с магнитными «пробками» или так называемых «пробкотронов». В таких устройствах силовые линии продольного магнитного поля, сгущаются по направлению к торцам цилиндрической камеры, в которой находится плазма, напоминая своей формой горлышко бутылки (рис.8). Уходу заряженных частиц на стенки поперек продольного магнитного поля препятствует их закручивание вокруг силовых линий. Нарастание магнитного поля к торцам обеспечивает выталкивание циклотронных кружков в область более слабого поля, что и создает эффект магнитных «пробок». Магнитные «пробки» называют иногда магнитными зеркалами, от них, как от зеркала, отражаются заряженные частицы.

Диффузия плазмы поперек магнитного поля.

Предыдущий анализ поведения заряженных частиц в магнитном поле основывался на предположении об отсутствии столкновений частиц между собой. В действительности же частицы, конечно, взаимодействуют между собой, их столкновения приводят к тому, что они перескакивают с одной линии индукции на другую, т.е. перемещаются поперек силовых линии магнитного поля. Такое явление называют поперечной диффузией плазмы в магнитном поле. Анализ показывает, что скорость поперечной диффузии частиц уменьшается с увеличением магнитного поля (обратно пропорционально квадрату величины магнитной индукции B), а также с возрастанием температуры плазмы. Однако, на самом деле процесс диффузии в плазме оказывается более сложным.

Основную роль в поперечной диффузии плазмы играют столкновения электронов с ионами, при этом ионы, которые движутся вокруг силовых линий по окружностям большего радиуса, чем электроны, в результате столкновений «легче» переходят на другие силовые линии, т. е диффундируют поперек силовых линий быстрее, чем электроны. Из-за различной скорости диффузии частиц противоположного знака происходит разделение зарядов, которому препятствуют возникающие сильные электрические поля. Эти поля практически устраняют возникшую разницу в скоростях движения электронов и ионов, в результате чего наблюдается совместная диффузия разноименно заряженных частиц, которая называется амбиполярной диффузией. Такая диффузия поперек магнитного поля является также одной из важных причин ухода частиц на стенки в устройствах магнитного удержания плазмы.

Плазма как проводящая жидкость.

Если столкновения частиц в плазме играют значительную роль, рассмотрение ее на основе модели частиц, движущихся во внешних полях независимо друг от друга, становится не вполне оправданным. В этом случае более правильным является представление о плазме как сплошной среде, подобной жидкости. Отличие от жидкости состоит в сжимаемости плазмы, а также в том, что плазма является очень хорошим проводником электрического тока. Поскольку проводимость плазмы оказывается близкой к проводимости металлов, наличие токов в плазме приводит к сильному взаимодействию этих токов с магнитным полем. Движение плазмы, как проводящей жидкости, в электрическом и магнитном полях, изучается магнитной гидродинамикой.

В магнитной гидродинамике часто используют приближение идеально проводящей плазмы: это означает, что электрическое сопротивление плазмы считается очень малым (и, наоборот, проводимость плазмы – бесконечно большой). При движении плазмы относительно магнитного поля (или магнитного поля относительно плазмы) в плазме, в соответствии с законом электромагнитной индукции Фарадея, должна возникнуть ЭДС индукции. Но эта ЭДС вызывала бы в идеально проводящей плазме бесконечно большой ток, что невозможно. Отсюда следует, что магнитное поле не может перемещаться относительно такой плазмы: силовые линии поля оказываются как бы «вклеенными» или «вмороженными» в плазму, перемещаясь вместе с ней.

Понятие «вморожености» магнитного поля играет большую роль в физике плазмы, позволяя описать многие необычные явления, наблюдаемые особенно в космической плазме. Вместе с тем, если сопротивление плазмы не равно нулю, то магнитное поле может перемещаться относительно плазмы, т.е. происходит как бы «просачивание» или диффузия магнитного поля в плазму. Скорость такой диффузии тем больше, чем меньше проводимость плазмы.

Если рассмотреть неподвижный объем плазмы, окруженный внешним магнитным полем, то в случае идеально проводящей плазмы это поле не может проникнуть внутрь объема. Плазма как бы «выталкивает» магнитное поле за свои пределы. О таком свойстве плазмы говорят как о проявлении ее диамагнетизма. При конечной проводимости магнитное поле просачивается в плазму и первоначально резкая граница между внешним магнитным полем и полем в самой плазме начинает размываться.

Эти же явления можно просто объяснить, если ввести понятие о силах, действующих на плазму со стороны магнитного поля или об эквивалентной этим силам величине магнитного давления. Пусть проводник с током, расположен перпендикулярно силовым линиям магнитного поля. – составляющая вектора плотности тока, направленная поперек магнитного поля. Примером может быть бесконечно длинный круговой цилиндр плазмы (плазменный шнур). Если плотность тока равна j, то легко убедиться, что на любую линию тока в плазменном цилиндре действует со стороны магнитного поля сила F, направленная к оси цилиндра, Совокупность этих сил стремится как бы сжать плазменный шнур. Полная сила, отнесенная к единице поверхности называется магнитным давлением. Величина этого давления определяется выражением

(18)

где m – магнитная проницаемость среды, m0 – магнитная постоянная (магнитная проницаемость вакуума). Пусть есть резкая граница между плазмой и вакуумом. В этом случае магнитное давление , действующее на поверхность плазмы извне, уравновешивается газокинетическим давлением плазмы p и давлением магнитного поля в самой плазме

Из соотношения следует, что индукция магнитного поля B в плазме меньше индукции магнитного поля B0 вне плазмы, и это можно рассматривать как проявление диамагнетизма плазмы.

Магнитное давление играет, очевидно, роль некоторого поршня, сжимающего плазму. Для идеально проводящей среды (p_m = 0) действие этого поршня обеспечивает равновесие между магнитным давлением, приложенным извне к плазме, и гидростатическим давлением внутри нее, т.е. удержание плазмы магнитным полем. Если проводимость плазмы конечна, то граница плазмы размывается, магнитный поршень оказывается «дырявым», спустя некоторое время магнитное поле полностью проникает в плазму и уже ничто не препятствует разлету плазмы под действием ее гидростатического давления.

Волны в плазме.

Если в обычном нейтральном газе в каком-то месте возникает разрежение или уплотнение среды, то оно распространяется внутри газа от точки к точке в виде так называемой звуковой волны. В плазме, помимо возмущения давления (или плотности) среды, возникают колебания за счет разделения зарядов (лэнгмюровские или плазменные колебания). Простейшим и важнейшим способом возбуждения плазменных колебаний является, например, возбуждение их пучком быстрых электронов, проходящим через плазму, который вызывает смещение электронов плазмы из положения равновесия. Под совместным действием сил давления и электрического поля плазменные колебания начинают распространяться в среде, возникают так называемые лэнгмюровские или плазменные волны.

Распространение периодических колебаний в среде характеризуется длиной волны l, которая связана с периодом колебаний T соотношением

l = vT, где v – фазовая скорость распространения волны. Наряду с длиной волны рассматривают волновое число k = 2p/l. Поскольку частота колебаний w и период T связаны условием wT = 2p, то

(19) w = kv

Направление распространения волны характеризуется волновым вектором, равным по модулю волновому числу. Если направление распространения волны совпадает с направлением колебаний, то волну называют продольной. Когда колебания происходят перпендикулярно направлению распространения волны, она называется поперечной. Звуковые и плазменные волны являются продольными. Примером поперечных волн являются электромагнитные волны, которые представляют собой распространение в среде периодических изменений напряженности электрического и магнитного полей. Электромагнитная волна распространяется в вакууме со скоростью света C.

Для обычных звуковых и электромагнитных волн, распространяющихся в нейтральном газе, скорость их распространения не зависит от частоты волны. Фазовая скорость звука в газе определяется выражением

,

Где p – давление, r – плотность, g = c_p/c_v – показатель адиабаты (c_p и c_v – удельные теплоемкости газа при постоянном давлении и при постоянном объеме соответственно)/

Для волн, распространяющихся в плазме, наоборот, характерно наличие этой зависимости, которая носит название закона дисперсии. Электронные плазменные волны распространяются, например, с фазовой скоростью

(20) ,

где w0, – частота электронных плазменных колебаний, – квадрат скорости электронного звука.

Фазовая скорость электронных волн всегда больше скорости звуковых. Для больших длин волн фазовая скорость стремится к бесконечности – это значит, что весь объем плазмы колеблется с постоянной частотой w0.

Колебания ионов в плазме происходят с гораздо меньшей частотой из-за большой массы ионов по сравнению с электронами. Электроны, обладающие большей подвижностью, следуя за ионами, почти полностью компенсируют электрические поля, возникающие при таких колебаниях, поэтому распространение ионных волн происходит со скоростью ионного звука. Исследования показали, что ионно-звуковые волны в обычной равновесной плазме с температурой электронов T_e, мало отличающейся от температуры ионов T_i, сильно затухают уже на расстояниях порядка длины волны. Однако практически незатухающие ионные волны существуют в сильно неизотермической плазме (T_e>>_Ti), при этом фазовая скорость волны определяется как v = (kT_e/m_i)^1/2. Это соответствует так называемому ионному звуку с электронной температурой. В этом случае скорость заметно превышает тепловую скорость ионов v_t ~ (kT_i/m_i)^1/2.

Особый интерес представляет распространение электромагнитных волн в плазме. Закон дисперсии имеет в этом случае имеет вид

(21)

Распространение волны оказывается возможным только при условии, что частота волны w превышает электронную плазменную частоту w0. Если скорость электромагнитной волны в вакууме равна с (скорость света), то в веществе фазовая скорость распространения определяется формулой v = c/n, где n – показатель преломления среды. Из формул (19) и (21) следует

(22)

ри w w0 показатель преломления становится мнимым, это и означает, что при таком условии волна в плазме не может распространяться. Если после прохождения какой-то среды электромагнитная волна попадает на границу плазмы, то она проникает лишь в тонкий поверхностный слой плазмы, так как при выполнении условия w w0 колебания в электромагнитной волне являются «медленными». За период колебаний T заряженные частицы плазмы «успевают» распределиться таким образом, что возникающие в плазме поля препятствуют продвижению волны. В случае «быстрых» колебаний (w > w0) такое перераспределение не успевает произойти, и волна свободно распространяется по плазме.

В соответствии с формулой (2) электронная плазменная частота . Это позволяет для фиксированных значений n_e находить предельное значение длины электромагнитной волны, выше которой она отражается от границы плазмы. Для оценки этой величины в случае прохождения электромагнитных волн в ионосфере Земли используется формула lпр = 2p(c/w0), где w0 определяется формулой (2). Максимальная концентрация электронов в ионосфере, согласно ракетным зондовым измерениям, равна 10¹²м–3 . Для плазменной частоты в этом случае получается значение w0 = 6·10^–7с^–1, а для длины волны lпр » 30 м. Следовательно, радиоволны с l > 30 м будут отражаться от ионосферы, а для дальней космической связи со спутниками и орбитальными станциями нужно использовать радиоволны со значительно меньшей длиной волны.

На использовании тех же теоретических выражений основывается важный метод диагностики плазмы – микроволновое зондирование. Плазму просвечивают направленным пучком электромагнитных волн. Если волна проходит через плазму и обнаруживается приемником, помещенным с другой стороны, то концентрация плазмы ниже предельной. «Запирание» сигнала означает, что концентрация плазмы выше предельной. Так, для обычно используемых в этом случае волн с длиной l = 3 см предельная электронная плотность составляет 10¹² см^–3 .

Картина распространения волн в плазме существенно усложняется при наличии внешнего магнитного поля. Только в том частном случае, когда направление электрических колебаний в волне происходит вдоль магнитного поля, электромагнитная волна в плазме ведет себя также как и в отсутствие магнитного поля. Наличие магнитного поля приводит к возможности распространения волн совершенно другого характера, чем в случае обычных электромагнитных волн. Такие волны возникают в том случае, когда направление электрических колебаний перпендикулярно внешнему магнитному полю. Если частота колебаний электрического поля мала по сравнению с циклотронными частотами в плазме, то плазма ведет себя просто как проводящая жидкость, и поведение ее описывается уравнениями магнитной гидродинамики. В этой области частот параллельно магнитному полю распространяются магнитогидродинамические волны, а перпендикулярно ему – магнито-звуковые. Физическую природу этих волн можно наглядно представить, воспользовавшись понятием вмороженного магнитного поля.

В магнито-звуковой волне вещество вместе с вмороженным в него полем перемещается вдоль направления распространения волны. Механизм явления аналогичен обычному звуку, только вместе с колебаниями давления (плотности) самой плазмы вдоль того же направления возникают сгущения и разрежения силовых линий вмороженного магнитного поля. Скорость распространения волны может быть найдена по обычной формуле для скорости звука, в которой дополнительно учтено наличие магнитного давления. В результате скорость волны

(23)

(Показатель адиабаты для магнитного давления gm = 2). Если отношение газового давления к магнитному мало, то

(24)

Механизм распространения волн в направлении, параллельном магнитному полю, можно сравнить с распространением волны вдоль колеблющейся струны. Скорость движения вещества здесь перпендикулярна направлению распространения. Силовые линии магнитного поля играют роль как бы упругих нитей (струн), и механизм колебаний здесь состоит в «изгибании» магнитных силовых линий вместе с «приклеенной» к ним плазмой. Несмотря на различие в механизмах явления (по сравнению с предыдущим случаем), скорость распространения магнитогидродинамических волн при низких частотах в точности равна скорости магнитного звука V_A (24). Магнитогидродинамические волны были открыты шведским астрофизиком Альфвеном в 1943 и в его честь носят имя альфвеновских волн.

Владимир Жданов

Неидеальная плазма

Бытует мнение, что неидеальная плазма — это довольно узкий раздел физики. Но в действительности это не так, и примерно за сто лет со времени первых работ по теории электролитов (так сказать, колыбели неидеальной плазмы) сферы применения неидеальной плазмы взрывоподобно расширились: от термоядерных реакторов и ядерных ракетных двигателей до криогенных кулоновских систем, от недр звезд и планет до производства бытовых приборов.

Плазма — это ионизованный газ, большое число заряженных частиц в состоянии коллективной динамики. Кстати, плазму видел и видит каждый — это, например, северное сияние: верхние слои атмосферы бомбардируются заряженными частицами из околоземного космического пространства. Это и  грозовая молния или даже обычный огонь — все это примеры низкотемпературной плазмы. А низкотемпературную плазму с высокой плотностью, столь сжатую, что влияние кулоновского взаимодействия начинает существенно сказываться на макроскопических свойствах такой плазмы — называют «неидеальной». Она возникает, в частности, при высокоэнергетичных воздействиях на вещество ударных или детонационных волн, пучков электронов и ионов, мощных лазеров. В состоянии неидеальной плазмы, между прочим, находится порядка 95% материи во Вселенной: это сверхплотное вещество всех звезд и планет-гигантов Солнечной системы, но это и разреженная «пылевая плазма» межзвездного пространства, и т.д.

Плазма не только радует нас на небе, но и верой и правдой служит нам на земле: ею можно максимально экологично сжигать городские отходы и очищать воду, и даже лечить раны. На концепции плазмы построена работа мощных взрывомагнитных и МГД-генераторов, плазмотронов и источников мощного оптического и рентгеновского излучения. Одним из важных источников мотивации для исследований свойств неидеальной плазмы послужили в свое время активные разработки перспективного энергоустройства – так называемого газофазного ядерного реактора, предназначенного, в частности, на роль маршевого ракетного двигателя для пилотируемого полета на Марс и другие планеты. Большинство рабочих сред в этом сверхэкзотическом реакторе с необходимостью находились в состоянии той самой сильнонеидеальной плазмы.

Множество природных явлений объединено главным общим свойством: дальнодействующее кулоновское взаимодействие приводит к многим специфическим эффектам, подталкивая систему к проявлению разного рода коллективных эффектов. Все это активно исследуется в России вот уже почти сто лет, и особенно активно в последние десятилетия. Физика неидеальной плазмы нужна, например, для изучения процессов, происходящих в недрах практически всех астрофизических объектов. В частности, исследование недр планет-гигантов и так называемых внесолнечных планет (а их сейчас открыто уже почти полторы тысячи) – что это такое и как там всё устроено – всё это упирается в проблему неидеальной плазмы. Когда же речь заходит о компактных звездах, т.е. нейтронных и кварковых звезд и так называемых «белых карликах» – неидеальная плазма в их изучении также является одним из центральных объектов. В последние десятилетия активно обсуждается так называемая «пылевая» плазма – мезоскопическая система макро- и микрозарядов со своим кругом специфических проблем, живущая как в земных, так и в космических приложениях.

Тенденцией последнего времени является появление мощных источников воздействия на конденсированное вещество. Это резко увеличило отечественные возможности генерации различных реализаций неидеальной плазмы экстремальных параметров и получения богатого набора явлений. Такими, в частности, являются мощные фемтосекундные лазеры и пучки тяжёлых ионов, которыми мы сегодня можем поверхностно и объемно нагревать конденсированное вещество и изучать различные плазменные эффекты. Это – специфическая физика, не говоря уже о мощных взрывах, традиционно используемых для генерации неидеальной плазмы. Физики из Сарова сумели во взрывном генераторе сжать вещество в несколько сотен раз и дожать его до 30–50 мегабар и десятков тысяч градусов Кельвина. Это фактически астрофизическая плазма, но созданная в земных лабораторных условиях.

Другая мощная общемировая тенденция – это быстрый прогресс вычислительной техники, позволяющий проводить все более сложное и всё более изощрённое так называемое «прямое» численное моделирование сложных физических процессов в неидеальной плазме (метод квантовой молекулярной динамики и квантового Монте-Карло и др.) Все это даже вызвало к жизни своеобразный термин «численный эксперимент». Отечественные работы в этой области находятся на очень хорошем уровне. Мы получили возможность рассматривать объекты, которые сорок лет назад мы могли обсуждать только как «качественную картину».

Один из важных источников мотивации физики неидеальной плазмы сегодня — это развитие высокоэнергетичных экспериментальных устройств, суперколлайдеров. У всех на слуху коллайдер в ЦЕРНе, есть уже действующий коллайдер RHIC в Брукхейвене, строятся мощные ускорители в Дармштадте и у нас в ОИЯИ в Дубне. Объявлены планы создания ускорителей в Китае и Японии. Это не только веяние времени, но и новый круг проблем, перекликающихся с традиционными проблемами неидеальных кулоновских систем.

Основное ядро участников данного направления в России сложилось довольно давно: это Институт Высоких Температур РАН, Институты Проблем Химической Физики и Теоретической Физики РАН из Черноголовки, это вузы – МФТИ, МЭИ и МГУ. Это учёные из ядерных центров Сарова и Снежинска, из институтов Троицка и др.

Исследования неидеальной плазмы в нашей стране находятся на вполне достойном уровне.

Как работает плазменная резка? Преимущества и недостатки

Резку металла можно разделить на две категории — механическую и термическую. Плазменная резка — это метод термической резки, при котором для резки металла используется ионизированный газ.

Это один из широко используемых методов резки толстых металлических листов, но также он может использоваться для листового металла. Прежде чем углубляться в преимущества и возможности плазменной резки, следует ответить еще на один вопрос.

Что такое плазма?

Вы определенно слышали о трех основных состояниях материи — твердом, жидком и газообразном. Но есть и четвертый. Да, это плазма.

Плазму можно найти в природе, но в основном в верхних частях атмосферы Земли. Знаменитое полярное сияние — результат солнечного ветра, созданного из плазмы. Освещение и высокотемпературный огонь тоже включает в себя плазму.

В общей сложности она составляет около 99% видимой Вселенной.

В повседневной жизни мы можем встретить плазму в телевизорах, люминесцентных лампах, неоновых вывесках и, конечно же, в плазменных резаках.

Плазма — это электропроводящее ионизированное газоподобное вещество. Это означает, что в некоторых атомах отсутствуют электроны, и также есть свободные электроны, плавающие вокруг.

Газ можно превратить в плазму, подвергнув его интенсивному нагреву. Вот почему плазму часто называют ионизированным газом.

Плазма похожа на газ, поскольку атомы не находятся в постоянном контакте друг с другом. В то же время она ведет себя аналогично жидкостям с точки зрения её способности течь под воздействием электрического и магнитного поля.

Как работает плазменный резак?

Процесс плазменной резки — это метод термической резки. Это означает, что для плавления металла используется тепло, а не механическая сила. Общая механика системы всегда одинакова. В плазменных резаках используется сжатый воздух или другие газы, например азот. Ионизация этих газов происходит с образованием плазмы.

Обычно сжатые газы контактируют с электродом, а затем ионизируются для создания большего давления. Когда давление увеличивается, поток плазмы направляется к режущей головке.

Режущий наконечник сужает поток, создавая поток плазмы. Затем он наносится на заготовку. Поскольку плазма электропроводна, заготовка соединяется с землей через стол для резки. Когда плазменная дуга контактирует с металлом, его высокая температура плавит его. В то же время высокоскоростные газы выдувают расплавленный металл.

Запуск процесса резки

Не все системы работают одинаково. Во-первых, есть обычно более бюджетная версия, называемая высокочастотным контактом . Это недоступно для плазменных резаков с ЧПУ, потому что высокая частота может мешать работе современного оборудования и вызывать проблемы.

В этом методе используется искра высокого напряжения и высокой частоты. Возникновение искры происходит при соприкосновении плазменной горелки с металлом. Это замыкает цепь и создает искру, которая, в свою очередь, создает плазму.

Другой вариант — метод пилотной дуги . Во-первых, искра создается внутри горелки цепью высокого напряжения и низкого тока. Искра создает вспомогательную дугу, которая представляет собой небольшое количество плазмы.

Режущая дуга возникает, когда вспомогательная дуга входит в контакт с заготовкой. Теперь оператор может начать процесс резки.

Третий способ — использование подпружиненной головки плазмотрона . Если прижать резак к заготовке, возникает короткое замыкание, в результате чего начинает течь ток.

При снятии давления образуется вспомогательная дуга. Следующее такое же, как и в предыдущем методе. Это приводит к контакту дуги с заготовкой.

Какие газы используются, их особенности

Плазменная резка металла представляет собой процесс проплавления и удаления расплава за счет теплоты, получаемой от плазменной дуги. Скорость и качество резки определяются плазмообразующей средой. Также, плазмообразующая среда влияет на глубину газонасыщенного слоя и характер физико-химических процессов на кромках среза. При обработке алюминия, меди и сплавов, изготовленных на их основе, используются следующие плазмообразующие газы:

• Сжатый воздух;
• Кислород;
• Азотно-кислородная смесь;
• Азот;
• Аргоно-водородная смесь.

Воздух

Основными составляющими воздуха являются азот (78,18%) и кислород (20,8%). Сочетание этих двух газов представляет собой очень богатую энергией смесь. Воздух применяется в качестве плазменного газа для резки нелегированных, низколегированных, высоколегированных сталей и алюминия. Обычно воздух используется для ручной резки, а также для резки тонкого листа. Если резка нелегированной стали выполняется с применением в качестве плазменного газа воздуха, то кромки реза получаются прямыми и достаточно гладкими. Однако, как газ для резки, воздух повышает содержание азота на поверхностях реза. Если такие кромки реза далее не подвергаются механической обработке, в сварном шве могут создаться поры.

Кислород

Кислород применяется в качестве плазменного газа для резки нелегированных и низколегированных сталей. Когда кислород смешивается с расплавом, понижается его вязкость, благодаря чему расплав приобретает большую текучесть. Это обычно даёт возможность получить кромки реза без грата и верхние края без скруглений. Появляется возможность достичь более высоких скоростей резки, чем в случае с азотом и воздухом. В отличие от азота или воздуха, при использовании кислорода поверхности реза не насыщаются азотом, а значит, риск возникновения пор при последующей сварке сводится к минимуму.

Аргон

Аргон является единственным инертным газом, который может производиться для коммерческих целей с использованием метода воздушной сепарации при объёмном проценте 0,9325. Будучи инертным газом, он химически нейтрален. Благодаря своей большой атомной массе (39,95), аргон способствует вытеснению расплавленного материала из зоны реза посредством высокой плотности импульсов создаваемой плазменной струи. Из-за своей относительно низкой теплопроводности и энтальпии, аргон не является совершенно идеальным газом для плазменной резки, так как он позволяет достичь только лишь относительно небольшой скорости резки, в результате чего получаются скругления, поверхности имеют чешуйчатый вид.

Водород

По сравнению с аргоном, водород имеет очень маленькую атомную массу и характеризуется относительно большой теплопроводностью. Водород имеет чрезвычайно высокую максимальную теплопроводность в температурном диапазоне диссоциации, что обусловливается процессами диссоциации и рекомбинации. Первоначально при рекомбинации и ионизации двухатомного водорода из дуги высвобождается большое количество энергии. Это приводит к обжатию вытекающей дуги. Из приведенного описания физических свойств следует, что водород, сам по себе, настолько же не подходит в качестве плазменной среды, насколько и аргон. Однако, если положительные свойства водорода, касающиеся тепловых показателей совместить с большой атомной массой аргона, то получаемая в результате газовая смесь даёт возможность быстро передавать кинетическую энергию, а также достаточное количество тепловой энергии разрезаемому материалу.

Азот

В отношении физических свойств азот занимает приблизительно промежуточное положение между аргоном и водородом. Теплопроводность и энтальпия у азота выше, чем у аргона, однако меньше, чем у водорода. Азот и водород ведут себя сходным образом в смысле возможности обжатия дуги, а также в отношении тепла рекомбинации, создающего текучий расплав. Таким образом, азот может использоваться сам по себе как плазменный газ. Азот, используемый в качестве плазменного газа, обеспечивает быструю резку изделий с тонкими стенками без образования оксидов. Недостатком является относительно большое количество бороздок. Практически невозможно добиться реза с полностью параллельными сторонами. Угол получаемого скоса в большой степени зависит от установленного настройкой объёма газа и скорости резки. Насыщение поверхности реза азотом отрицательно сказывается на свариваемости. Повышенное содержание азота при поверхностях реза является причиной пористости свариваемого металла.

Преимущества и недостатки плазменной резки:

Преимущества:

• Может резать все токопроводящие материалы. Газовая резка, хотя она также подходит для резки толстых металлов, ограничивается только черными металлами;
• Хорошее качество для толщины до 50 мм;
• Максимальная толщина до 150 мм;
• Может резать в воде, что приведет к уменьшению ЗТВ. Также снижает уровень шума;
• Меньший пропил по сравнению с газовой резкой;
• Более высокая скорость резки, чем при резке кислородом.

Недостатки:

• Большая ЗТВ по сравнению с лазерной резкой;
• Качество с более тонкими листами и пластинами хуже, чем при лазерной резке;
• Допуски не такие точные, как при лазерной резке;
• Не достигает такой толщины, как гидроабразивная или газовая резка;
• Оставляет ЗТВ, которой нет при гидроабразивной струе;
• Более широкий пропил, чем при лазерной резке;
• Кроме того, сам процесс довольно сложный и требует высокой квалификации оператора;
• Заготовку необходимо располагать строго перпендикулярно.
• Во время резки металла в воздух выбрасывается большое количество вредных газов.

физика частиц — Почему молния считается плазмой?

Этот парень, лучший ответчик, говорит, что огонь не плазма, потому что он не ионизирован

Думаю, отклонение пламени из-за наложенного электрического поля, создаваемого параллельными пластинами в звене БМС (т. е. http://www.askamathematician.com/2013/05/q-is-fire-a- плазма-что-есть-плазма/) указывает, что пламя должно быть как минимум плазмоподобным. Недавно я был на семинаре по физике плазмы и обсуждал с коллегой, является ли огонь плазмой. Вывод состоял в том, что в основном это можно рассматривать как очень слабо ионизированную плазму, в некотором роде похожую на очень запыленную плазму (например, см. также веб-страницу Пола Беллана и связанные с ней ссылки).

Я слышу аргументы в пользу того, что плазма — это ионизированный газ, но как может вспышка не ионизироваться при такой высокой температуре (и почему не ионизированное, очень горячее пламя не считается плазмой)?

Хотя и огонь, и молния имеют относительно низкие температуры излучения черного тела (т. е. по сравнению, скажем, с солнечной короной), это не означает, что они не могут ионизировать газы. В распределении всегда есть хвост , и этот хвост достаточно энергичен, чтобы превысить энергии ионизации некоторых молекул/атомов.

Огонь — это газ, но некоторые говорят, что это плазма, если вы можете ее увидеть (проверьте ссылку, которую постер добавил ниже в первом комментарии), так когда же она станет полноценной плазмой, если обычно это не так?

Одна из причин, по которой люди говорят, что огонь не является плазмой, заключается в том, что 1 эВ соответствует ~11 604 К, что меньше типичной энергии ионизации большинства молекул/атомов, но горячее, чем у большинства пожаров. Например, самая низкая энергия ионизации любого из одноатомных элементов составляет ~ 358 кДж / моль для цезия, что соответствует ~ 3,89 кДж / моль.эВ или >45 000 К.

Неудивительно и, к счастью, атмосфера Земли состоит не из цезия, а в основном из двухатомного азота, кислорода и одноатомного аргона. Таким образом, необходимо сначала диссоциировать двухатомные молекулы, а затем ионизировать составляющие их атомы (т.е. ~1402 кДж/моль или ~14,5 эВ для азота, ~1314 кДж/моль или ~13,6 эВ для кислорода и ~1520,6 кДж/моль или ~ 15,8 эВ для ионизации аргоном). Конечно, для разрыва многих химических связей требуется гораздо меньше энергии, но химическая диссоциация обычно не приводит к образованию свободных заряженных частиц. Кроме того, для ионизации молекул обычно требуется больше энергии, чем атомов (например, см. https://chem.libretexts.org/Core/Physical_and_Theoretical_Chemistry/Atomic_Theory/Ionization_Energies_of_Diatomic_Molecule или посмотрите таблицы в NIST). Например, для ионизации углекислого газа требуется ~ 13,8 эВ (~ 160 135 К) по сравнению с ~ 13,6 эВ (~ 157 814 К) для атомарного кислорода и ~ 14 эВ (~ 162 456 К) для окиси углерода.

Другая проблема заключается в том, что даже если небольшая часть частиц ионизирована, они, скорее всего, быстро нейтрализуются из-за гораздо большей доли атомов/молекул с более низкой энергией, с которыми они взаимодействуют.

Примечание:
Древесина в основном состоит из лигнина, целлюлозы и/или гемицеллюлозы. Энергии диссоциации связи для этих соединений очень сложны, поскольку соединения не являются простыми одноатомными или двухатомными молекулами, а находятся в диапазоне от нескольких десятков кДж/моль до ~400 кДж/моль или от менее 1 эВ до ~4 эВ (менее от 11 000 К до >46 000 К). Затем составляющими являются CO ₂ и H ₂ O для полного сгорания. Тогда энергии ионизации CO ₂ и H ₂ O составляют ~ 13,8 эВ (~ 160 135 К) и ~ 12,6 эВ (~ 146 210 К) соответственно.

Мне было интересно, почему молния считается «плазмой» или «искрой» от электрического провода/устройства, а факелы, расплавленная лава и горящие здания — нет (факелы бывают пиротехническими, экзотермическими и очень очень похоже на пламя).

В отличие от большинства пожаров, молния имеет гораздо более высокую температуру черного тела (т.е. от ~8000 К до ~50000 К или ~0,7-4,3 эВ, хотя средние температуры ниже). Таким образом, пик спектра уже находится вблизи первой энергии ионизации некоторых атомов, поэтому в любом хвосте распределения будет более высокий поток фотонов, т. е. больше ионизирующего излучения. При этом игнорируется тот факт, что перед ударом молнии накапливается огромное количество статического заряда, создающего киловольтные электрические потенциалы. Такие сильные электрические поля непосредственно разрушают диэлектрик, которым является атмосфера, вызывая электростатический разряд (т. е. внезапный/спонтанный поток тока, устраняющий электрический потенциал), который в конечном итоге приводит к тому, что мы называем молнией.

Кроме того, известно, что молния генерирует электромагнитное излучение в дополнение к своему излучению черного тела от радиоволн (например, ELF) до рентгеновских лучей и гамма-лучей (называемых земными гамма-вспышками или TGF).

Таким образом, процессы, связанные с генерацией молнии, прямо или косвенно приводят к генерации электромагнитного (т. е. от УФ до гамма-лучей) и корпускулярного (т. е. свободных электронов, ответственных за килоамперные токи) ионизирующего излучения. Таким образом, молния — это совсем другое животное, чем огонь, который представляет собой просто химическую реакцию.

• http://www.srh.noaa.gov/jetstream/lightning/lightning_intro.html
• http://www.aharfield. co.uk/lightning-protection-services/about-lightning
• https://lightning.nsstc.nasa.gov/index.html

Динамическое поведение пламени как плазмы в сильном электрическом поле

Динамическое поведение пламени как плазмы в сильном электрическом поле

Скачать PDF

Скачать PDF

• Артикул
• Открытый доступ
• Опубликовано: 01 ноября 2019 г.

• Takao Fukuyama ¹ ,
• Nodoka Mukai ^{1 NA1} и
• Gaku Togawa ^{1 NA1}

Научные отчеты том 9 , Номер статьи: 15811 (2019) Процитировать эту статью

• 2505 доступов

• 1 Цитаты

• 2 Альтметрика

• Сведения о показателях

Предметы

• Гидродинамика
• Физика плазмы
• Статистическая физика, термодинамика и нелинейная динамика

Abstract

Динамическое поведение пламени экспериментально исследуется путем приложения разности электрических потенциалов между двумя параллельными электродами и помещения между ними пламени этанола. Поскольку пламя ведет себя как слабоионизированная плазма, на форму пламени влияет внешнее сильное электрическое поле. Когда сильное переменное электрическое поле прикладывается горизонтально, т. е. поперечное поле, и по мере увеличения приложенного переменного напряжения форма пламени становится плоской, а ширина внутреннего пламени расширяется и достигает определенного значения. Когда сильное переменное электрическое поле прикладывается вертикально, т. е. осевое поле, на частоту автоколебаний влияет определенное значение приложенной частоты. Когда частота приложенного переменного напряжения изменяется, приложенное переменное напряжение значительно влияет на температуру и световое излучение пламени. Кроме того, при дальнейшем увеличении напряженности горизонтально приложенного электрического поля в пламени возникает разряд, и оно преобразуется в дуговую плазму. Текущие сигналы демонстрируют фоновые впадины и внезапные пики в виде пиков. Спектрофотометрическая кривая включает в себя спектры как пламени, так и плазмы дуги при дуговом разряде.

Введение

Люди использовали пламя в качестве источников света и тепла с незапамятных времен, и пламя играет важную роль в развитии цивилизации. В раннюю современную эпоху знаменитая книга Майкла Фарадея « Химическая история свечи ¹ » излагала основные научные особенности пламени, и ее продолжают читать во всем мире. Кроме того, понимание пламени также важно с культурной точки зрения, потому что пламя тесно связано с нашей повседневной жизнью и имеет для нее важное значение. Считается, что пламя соответствует первой форме плазмы, используемой людьми, поскольку горящее пламя является примером слабоионизированной плазмы ^2,3,4,5 . Люди используют плазму в своей повседневной жизни очень давно, и исторически проводились исследования пламени с точки зрения плазмы ^6,7 . Горящее пламя проявляет характеристики слабоионизированной плазмы, потому что оно слабо ионизировано. Типичное значение плотности плазмы в пламени составляет около 10 ⁸ на 1 см ² . Поэтому на форму пламени влияют сильные электрические ^3,4,5 и магнитные ^8,9 поля. Плазма образуется в разнообразной среде в виде газа, а также в жидком, твердом и сверхкритическом состояниях. Насколько известно авторам, исследования не рассматривают переход от пламени к плазме. В двух исследованиях пламя рассматривалось как плазма, а в других искали методы управления пламенем с помощью методологий физики плазмы. Исследования важны, учитывая их применимость к науке о горении, такой как микрогравитация 9.0077 10 и удаление загрязняющих веществ ¹¹ . Вышеупомянутые исследования требуют анализа воздействия электрических полей на пламя. Эксперименты на протяжении всего исследования рассматривают свойства пламени горения этанола как слабоионизированной плазмы в сильном электрическом поле, реакцию формы пламени на электрические поля, наблюдение и контроль автоколебаний, вызванных термодиффузионными неустойчивостями, измерение температуры. и световое излучение пламени, и спектроскопии для пламени и дугового разряда.

В настоящем исследовании сообщается о результатах, связанных с динамическим поведением пламени этанола при воздействии на него сильного электрического поля. Во-первых, обсуждается метод изменения формы пламени путем воздействия на него сильным электрическим полем. Связь между приложенным напряжением и изменением количества пламени исследуется для нескольких случаев частот приложенного напряжения. Во-вторых, детально исследуются температура и световое излучение пламени для частоты приложенного напряжения. Наконец, плазма, создаваемая дуговым разрядом в пламени, исследуется в связи с переходом от пламени к дуговой плазме, когда значение приложенного напряжения увеличивается.

Методы

Пламя для поперечного электрического поля

Это исследование проводится с помощью экспериментальной конфигурации, показанной на рис. 1 (а). Простая спиртовая (этаноловая) лампа помещается между двумя электродами из нержавеющей стали, расположенными на определенном расстоянии друг от друга. Расстояние между двумя электродами фиксируется на уровне 5,8 см. Размеры каждого электрода из нержавеющей стали составляют 18,0 см ×7,0 см. Высокоскоростная камера (EX-F1, CASIO) с объективом (фокус: 7,3~87,6 мм), цифровой осциллограф (GDS-1072A-U, GWINSTEK), зажим на зонде (3276 и 3272, HIOKI), радиационный термометр (IR-AHS2, CHINO) и спектрометр (SEC2000 SPECTRA SYSTEM, ALS Co., Ltd) используют для измерений. Скоростная камера используется в режимах 30 или 600 кадров в секунду. Высокое постоянное напряжение создается с помощью регулируемого источника постоянного тока (HV1,5–0,3, TAKASAGO). Высокое переменное напряжение (которое в исследовании используется как прямоугольный импульс напряжения) генерируется с помощью функционального генератора (33220A, AGILENT), а импульс (прямоугольный импульс напряжения) затем усиливается с помощью трансформатора (EF-4N, SHIMADZU) и усилитель (4015, NF ELECTRONIC INSTRUMENTS). Сильное постоянное или переменное электрическое поле прикладывается горизонтально между электродами.

Рисунок 1

Схематическое изображение экспериментальной конфигурации показано, когда сильное постоянное или переменное электрическое поле приложено ( a ) горизонтально и ( b ) вертикально. Этанольную лампу помещают между двумя электродами из нержавеющей стали, расположенными на постоянном расстоянии друг от друга. Между двумя электродами прикладывается сильное постоянное или переменное электрическое поле.

Полный размер

Пламя в аксиальном электрическом поле

Рассмотрим динамическое поведение пламени в аксиальном электрическом поле, когда электрическое поле приложено вертикально. Исследование проводится с использованием экспериментальной конфигурации, показанной на рис. 1 (б). Два электрода из нержавеющей стали располагаются параллельно на определенном расстоянии друг от друга по вертикали. Расстояние между двумя электродами фиксируется на уровне 23 см. Сильное переменное электрическое поле приложено вертикально между электродами. Для измерений используются простая спиртовая (этаноловая) лампа, высокоскоростная камера, цифровой осциллограф, радиационный термометр и спектрометр. Высокое переменное напряжение (которое в исследовании соответствует прямоугольному импульсу напряжения) генерируется с помощью функционального генератора. Затем импульс (прямоугольный импульс напряжения) усиливается через трансформатор и усилитель. Типы оборудования идентичны упомянутым в предыдущем эксперименте.

Обсуждения

Форма пламени для поперечного электрического поля

Пространственные и временные изменения пламени оцениваются при приложении сильного электрического поля между электродами. Как известно, пламя тянется в направлении отрицательного электрода при приложении сильного постоянного электрического поля. Фотографии явления показаны в ссылках ^3,5,7 . Причины явления следующие ^3,5,7 . Во-первых, в пламени существуют ионы и электроны за счет испарения горючего, а в фоновой плазме (т. е. в пламени) существуют частицы сажи микронного размера. Частицы сажи накапливают заряд за счет прилипания электронов или за счет столкновений в пламени. Они приводят к отрицательному заряду пламени и притягиваются к положительному электроду при приложении постоянного поля. Во-вторых, в пламени преобладают положительные ионы, поскольку электронов в пламени меньше из-за движения отрицательно заряженной сажи. Следовательно, пламя слабо положительно заряжено и тянется в сторону отрицательного электрода.

Как показано на верхних дорожках рис. 2, пламя принимает плоскую форму при приложении сильного переменного электрического поля. В этом случае для создания сильного электрического поля переменного тока используются регулируемая розетка переменного тока и трансформатор неоновых вывесок (L704143G, LECIP). На рисунке показаны две фотографии, а именно: одна сделана с горизонтального (верхний левый след), а другая — с верхнего (верхний правый след) направления пламени. Такое поведение объясняется следующим образом ³ . Во-первых, пламя притягивается к отрицательному электроду, потому что он слабо положительно заряжен, как упоминалось ранее. Во-вторых, катод переключался с большой скоростью, поскольку электрическое поле колебалось с периодом \(\frac{1}{60}\) с. Пламя не могло следовать за колебаниями, и поэтому пламя сплющилось.

Рисунок 2

Изменение формы пламени, происходящее при приложении сильного переменного электрического поля. На верхней трассе фотографии получаются в горизонтальном (левая трасса) и сверху (правая трасса) направлениях. На нижней кривой показано соотношение между приложенным количеством переменного напряжения в виде прямоугольного импульса напряжения и шириной внутреннего пламени. ( a ) 100 Гц, ( b ) 200 Гц, ( c ) 300 Гц и ( d ) 400 Гц показаны.

Изображение полного размера

Количественно исследуется реакция пламени на приложенное переменное напряжение. Простое пламя (например, свеча или спиртовка) имеет структуру, разделенную на внешнюю и внутреннюю области ^1,3 . Пламя во внутренней области перекрывается пламенем во внешней области. По отношению к пламени во внешней области активно протекает реакция окисления с испусканием света, и наблюдается сильное тепловое выделение, так как пламя находится в полном контакте с кислородом атмосферы. Внешнее пламя чрезвычайно восприимчиво к внешним возмущениям, таким как потоки воздуха и электромагнитные поля, и поэтому интенсивно движется. Поэтому трудно количественно измерить форму внешнего пламени. Наоборот, реакция окисления во внутреннем пламени идет медленнее, потому что количество кислорода недостаточно, потому что он в основном расходуется во внешнем пламени. Химические реакции, включая окисление, во внутреннем пламени происходят не так часто, как во внешнем пламени. Электрическое поле не оказывает существенного влияния на внутреннее пламя ввиду отсутствия горения, плазмы и копоти. Следовательно, чистый положительный заряд отсутствует, и внутреннее пламя почти не движется. Учитывая вышеупомянутые причины, можно количественно измерить форму внутреннего пламени.

Зависимость между величиной приложенного напряжения и шириной внутреннего пламени

Мы количественно исследовали реакцию пламени на горизонтально приложенное переменное напряжение. Область, обозначенная стрелкой на фотографии на рис. 2, измеряется, поскольку она соответствует максимальной ширине внутреннего пламени. В частности, внутреннее пламя возникает симметрично между параллельными электродами из нержавеющей стали. Распространение пламени измеряется путем усреднения нескольких изображений, записанных с помощью высокоскоростной камеры. Здесь отмечается, что симметричный внешний вид внутреннего пламени разрушается при приложении сильного постоянного электрического поля, и невозможно измерить ширину внутреннего пламени, поскольку пламя тянется в направлении отрицательного электрода.

На рис. 2 показана зависимость между приложенной величиной переменного напряжения (что соответствует прямоугольному импульсу напряжения в эксперименте) и шириной внутреннего пламени. Частота переменного напряжения (которая в данном случае представляет собой прямоугольный импульс напряжения) варьируется в качестве управляющего параметра. Как показано на рис. 2, изменения частоты переменного напряжения включают (а) 100 Гц, (б) 200 Гц, (в) 300 Гц и (г) 400 Гц. На рисунках планки погрешностей представляют собой стандартное отклонение, которое рассчитывается на основе пяти измерений для каждого параметра. Когда приложенное переменное напряжение увеличивается, ширина внутреннего пламени выходит на насыщение выше определенного значения. Причина, по которой внутреннее пламя насыщается, заключается в следующем: ширина внутреннего пламени расширяется по мере увеличения силы приложенного напряжения. Однако, даже если приложено более сильное электрическое поле, маловероятно, что система превысит порог, вызывающий пробой атмосферного воздуха как изоляции. Поэтому ширина внутреннего пламени достигает насыщения выше определенного значения.

Самовозбуждающиеся колебания пламени в вертикальном направлении по отношению к аксиальному электрическому полю

Пламя проявляет самовозбуждающиеся колебания в вертикальном направлении. Делается вывод, что автоколебания вызываются эффектами испарения топлива и эффектами плавучести, т. е. термодиффузионными неустойчивостями, наблюдаемыми при мерцании любого другого диффузионного пламени, такого как свеча ¹² . В экспериментальной процедуре переменное напряжение прикладывается вертикально как внешняя сила, влияющая на самовозбуждающиеся колебания пламени. Частота автоколебаний пламени примерно соответствует 11 Гц до приложения внешней силы. Частота автоколебаний пламени обычно соответствует примерно 10 Гц в ряде случаев экспериментов ^13,14,15 . Здесь частота автоколебаний подсчитывается путем воспроизведения записи высокоскоростной камеры в замедленном темпе. Затем переменное электрическое поле прикладывается между электродами в качестве внешней силы и непрерывно изменяется. Амплитуда приложенного электрического поля зафиксирована на уровне 5152   В. На рисунке 3 показаны экспериментальные результаты, т. е. частота автоколебаний пламени по отношению к частоте вертикально приложенного электрического поля. На рисунке планки погрешностей представляют собой стандартное отклонение, которое рассчитывается на основе семи измерений для каждого параметра. Когда приложенная частота переменного тока изменяется, частоты автоколебаний не подвергаются существенному влиянию приложенного электрического поля, за исключением случая, соответствующего частоте 600 Гц. В случае, когда приложенное электрическое поле соответствует частоте 600 Гц, на частоту автоколебаний существенно влияет приложенное электрическое поле, и она превышает 14 Гц. Таким образом, результаты показывают, что на автоколебания пламени существенно влияет определенная частота внешнего электрического поля.

Рисунок 3

Показана частота автоколебаний пламени относительно частоты вертикально приложенного электрического поля. Амплитуда приложенного электрического поля зафиксирована на уровне 5152 В.

Увеличенное изображение

Изменение температуры и светового излучения пламени по отношению к аксиальному электрическому полю

Далее на рис.  4 показаны изменения температуры пламени (а) и ( б) свечение пламени в зависимости от частоты приложенного переменного напряжения в виде импульса (прямоугольный импульс напряжения). Амплитуда приложенного электрического поля зафиксирована на уровне 5152   В. Как следствие, считается, что приложенное переменное напряжение значительно влияет на температуру пламени и свет пламени. Температура пламени и световое излучение явно увеличиваются или уменьшаются при 900 Гц (т.е. частота приложенного переменного электрического поля) в качестве порога. Кроме того, температура пламени увеличивается примерно на 95 K при частоте 600 Гц. Кроме того, оно уменьшается примерно на 35 К при частоте 1 500 Гц, как показано на рис. 4(а). Среднее значение температуры пламени увеличивается с 941 К до 1034 К при значении приложенной частоты 600 Гц и снижается с 989 К до 953 К при 1500 Гц. Изменение светового излучения пламени связано с изменением температуры пламени. Таким образом, показана возможность управления температурой пламени через частоту приложенного переменного электрического поля.

Рисунок 4

( a ) Изменение температуры пламени и ( b ) изменение свечения пламени в зависимости от частоты приложенного переменного напряжения в виде прямоугольного импульса напряжения показаны. Амплитуда приложенного электрического поля зафиксирована на уровне 5152 В. В частности, мы сосредоточимся на случае, когда частота приложенного электрического поля соответствует 600 Гц, что, в свою очередь, в основном увеличивает температуру пламени. Кроме того, мы сосредоточимся на случае, когда частота составляет 1500 Гц, что, в свою очередь, в первую очередь снижает температуру пламени. Результаты скоростей горения, включая стандартное отклонение, следующие: до приложения внешнего электрического поля; 0,819± 0,011 г в минуту, 600 Гц 5152 В; 0,803 ± 0,018 г в минуту, 600 Гц 7360 В; 0,775 ± 0,018 г в минуту, 1500 Гц 5152 В; 0,841 ± 0,010 г в минуту.

В практическом контексте в отношении вышеупомянутых результатов скорость горения, естественно, также увеличивается в зависимости от повышения температуры пламени. Однако, вопреки нашим ожиданиям, скорость горения уменьшается с повышением температуры пламени, и наоборот (т. е. увеличивается с понижением температуры пламени). Чтобы лучше понять причины, измерения плотности ионов и степени ионизации в пламени с помощью зонда и спектроскопического метода должны быть рассмотрены в будущем исследовании.

Исследования пламени и дуги

Когда переменное электрическое поле (синусоидальная волна, 60  Гц) прикладывается горизонтально, как показано на рис. 1(a), и становится чрезвычайно сильным, в пламени протекает электрический ток и возникает дуговой разряд. Пламя ионизируется электрическим током и превращается в дуговую плазму, поскольку пламя обладает более высокими проводящими свойствами, чем атмосферный воздух. Ожидается, что дуговая плазма не возникает без пламени, когда между электродами приложено сильное напряжение, потому что два электрода удерживаются на достаточном расстоянии друг от друга. Следует отметить, что для плоской пластины искровое напряжение, при котором образуется дуга в воздухе, оценивается на основе сохранившегося исследования 9. 0077 16 . Расчетное значение отрыва пластин в эксперименте примерно соответствует 184 кВ. Однако искровое напряжение может стать значительно ниже расчетного значения из-за проводимости пламени. Когда переменное напряжение, приложенное к пламени, постоянно увеличивается, форма пламени начинает изменяться.

Пламя притягивается к обоим электродам при приложении переменного электрического поля, и в пламени течет электрический ток. Образовавшаяся плазма дуги появляется примерно при 16 500   В, как показано на рис. 5 (а). Фотографии на рис. 5 соответствуют типичным мгновенным изображениям, снятым высокоскоростной камерой со скоростью 600 кадров в секунду. Состояние смешения пламени и плазмы дуги показано на рис. 5(b). На рис. 5(a,b) приложено переменное напряжение 16 500 В. Что касается более сильного напряжения, нить дуговой плазмы начинает проходить снизу вверх между электродами, как показано на рис. 5 (c). В дальнейшем пламенная составляющая уменьшается. Система переходит в сине-белое излучение, и это характерно для дуговой плазмы. В этот момент переменное напряжение 18,090 В применяется.

Рисунок 5

Изменение состояния пламени при чрезвычайно сильном электрическом поле показано: ( a ) появление плазмы дуги при приложении переменного напряжения, соответствующего 16 500 В, ( b ) перемешивание состояния пламени и дуговой плазмы при подаче переменного напряжения, соответствующего 16 500 В, и ( c ) состояния, когда нить дуговой плазмы начинала протекать снизу вверх между электродами при подаче переменного напряжения, соответствующего 18,090 В применяется.

Полноразмерное изображение

На рис. 6 показано типичное изображение плазмы дуги, образующейся между электродами из нержавеющей стали в форме гвоздя при обычном атмосферном воздухе. Яркое пятно дуги наблюдается в области кончика гвоздя, соответствующей корню дугового разряда. Их пятна обозначены стрелками на рис. 6. Дуговая плазма принимает типичную выпуклую вверх форму, как показано на рис.  6. Причина явления аналогична поведению центральной части дугового плазменного шнура в путь разряда, который поднимается из-за вертикального восходящего потока тепла. И наоборот, плазма дуги, показанная на рис. 5 (c), имеет вогнутую вверх форму, и это отличается от типичной формы, показанной на рис. 6. Волокно плазмы дуги конвектируется вверх и сохраняет стабильную форму. Насколько известно авторам, предыдущие исследования не объясняют это явление. Мы связываем это явление со следующим. Во-первых, нить плазмы дуги свободно проходит снизу вверх между электродами, поскольку оба конца разряда не закреплены. Во-вторых, обе стороны плазменной нити дуги быстро движутся вверх, и нить приобретает вогнутую вверх форму.

Рис. 6

Показана дуговая плазма, образующаяся между электродами из нержавеющей стали в форме гвоздя в условиях нормального атмосферного воздуха.

Изображение полного размера

Временной ряд тока разряда измеряется с помощью зажима на зонде, когда возникает дуговой разряд. Как и ожидалось, токовый сигнал не наблюдается, когда разряд не происходит. Когда происходит разряд, сигналы тока демонстрируют фоновые впадины и внезапные пики в виде пиков, как показано на рис. 7. В частности, прикладывается переменное напряжение 16 500   В. Ток течет не непрерывно, и разряд повторяется прерывисто из-за изменений проводимости дуги с внезапными пиками в виде всплесков примерно 120 Гц. Фотографии разряда также показаны на рис. 7. Выделены яркие пятна дуги, наблюдаемые на обоих электродах. Сначала на левом электроде появляется ярко светящаяся точка, а затем через \(\frac{1}{120}\) с появляется на правом электроде. Поэтому яркое пятно дуги на обоих электродах становится сильно светящимся поочередно. Сильное свечение соответствует пикам разрядного тока, поскольку интервалы сильного свечения идентичны интервалам пиков.

Рисунок 7

Показан временной ряд тока разряда, измеренный с помощью клещей на зонде, когда приложено переменное напряжение 16 500 В и возникает дуговой разряд. Представлены фотографии разряда.

Изображение в полный размер

Спектрофотометрическая кривая, наблюдаемая с помощью спектрометра, показана на рис. 8. На рис. 8(a–c) показаны спектры пламени, дугового разряда, пламени и плазмы дуги при дуговом разряде соответственно. Спектрофотометрическая кривая в диапазоне от 250 до 750 нм поддается измерению из-за технических ограничений диагностики длины волны. На рис. 8(a,c) наблюдается широкая кривая и инфракрасное излучение, вызванное пламенем. На рис. 8(b,c) показано несколько пиков, включая ультрафиолетовое излучение, вызванное дуговым разрядом, соответствующее спектрам ионизированной атмосферы (например, азота). Излучение света от пламени и ионизированной атмосферы смешивается друг с другом при дуговом разряде, как показано на рис. 8(c). Результат показывает, что пламя и дуговой разряд сосуществуют одновременно. По результатам для дугового разряда в пламени сделаны следующие выводы. Во-первых, разряд в пламени может происходить при значительно более низком напряжении, чем разряд в атмосфере, поскольку пламя обладает более высокими проводящими свойствами ^17,18,19,20 чем атмосфера. Во-вторых, разряд в пламени между параллельными электродами из нержавеющей стали демонстрирует уникальные характеристики формы по сравнению с типичным дуговым разрядом, а яркое пятно дуги, образующееся между электродами, имеет форму гвоздя при нормальном атмосферном воздухе. Проводится серия опытов на простом пламени (этанольная лампа). Ожидается, что простота нашей экспериментальной установки потенциально применима и к другим системам, т. е. к различным источникам пламени, таким как горелка Бунзена.

Рисунок 8

Показана спектрофотометрическая кривая, полученная с помощью спектрометра. Показаны спектры пламени ( a ), дугового разряда ( b ), пламени и дуговой плазмы ( c ) при дуговом разряде.

Изображение в натуральную величину

Заключение

В заключение, результаты, полученные в ходе исследования, резюмируются следующим образом. Проведены эксперименты по изучению динамического поведения простых пламен в сильных электрических полях. Пламя принимает плоскую форму, когда сильное переменное электрическое поле приложено горизонтально. Ширина внутреннего пламени расширяется и насыщается, когда приложенное количество переменного напряжения увеличивается. На частоту автоколебаний влияет определенное значение приложенной частоты, когда сильное переменное электрическое поле приложено вертикально. Приложенное переменное напряжение существенно влияет на температуру и световое излучение пламени. Дуговой разряд возникает в пламени, когда приложенное поперечное электрическое поле переменного тока увеличивается. Пламя ионизируется электрическим током, втекающим в пламя, и превращается в плазму дуги. Нить плазмы дуги в пламени образует вогнутую вверх форму, которая отличается от формы типичной плазмы дуги. Когда в пламени наблюдается дуговой разряд, в токовых сигналах наблюдаются фоновые впадины и внезапные пики в виде всплесков частотой 120 Гц. Спектрофотометрическая кривая включает смешанное излучение света пламенем и ионизированной атмосферой при дуговом разряде. Исследование демонстрирует, что электрическое поле можно использовать для управления движением и температурой пламени.

Доступность данных

Наборы данных, созданные в ходе нашего исследования, можно получить у соответствующего автора по разумному запросу.

Ссылки

1. Фарадей, М. Химическая история свечи (Harvard Classics 30, PF Collier & Son New York, 1910).

2. Чен, Ф. Ф. Введение в физику плазмы (Plenum Press, Нью-Йорк, 1974).

3. Lawton, J. & Weinberg, F. Электрические аспекты горения (издательство Оксфордского университета, Оксфорд, 1969).

4. Лоутон Дж., Вайнберг Ф. и Максимум Дж. Ионные токи пламени и максимальные практические эффекты приложенных электрических полей. Проц. Р. Соц. А 277 , 468–497 (1964).

   ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья Google ученый

5. «>

   Пейн, К. Г. и Вайнберг, Ф. Дж. Предварительное исследование индуцированного полем движения ионов в пламенных газах и его применения. Проц. Р. Соц. А 250 , 316–336 (1959).

   ОБЪЯВЛЕНИЕ Статья Google ученый

6. Бранде, В. Т. Бейкерская лекция: о некоторых новых электрохимических явлениях. Фил. Транс. Р. Соц. 104 , 51–61 (1814).

   ОБЪЯВЛЕНИЕ Статья Google ученый

7. Thomson, J. J. Проведение электричества через газы (Второе издание, издательство Кембриджского университета, Кембридж, 1906 г.).

8. Легрос, Г. и др. . Магнитно-индуцированное мерцание славы. П. Горючий. Инст. 33 , 1095–1103 (2011).

   КАС Статья Google ученый

9. Вакаяма Н. И. Магнитное стимулирование горения в диффузионных пламенах. Горение. Пламя 93 , 207–214 (1993).

   КАС Статья Google ученый

10. Law, CK & Faeth, GM Возможности и проблемы горения в условиях микрогравитации. Прог. Энергетическое сгорание. науч. 20 , 65–113 (1994).

    Артикул Google ученый

11. Полкаро А. М., Палмас С., Ренольди Ф. и Маскиа М. Трехмерные электроды для электрохимического сжигания органических загрязнителей. Электрохим. Acta 46 , 389–394 (2000).

    КАС Статья Google ученый

12. Чемберлин, Д. С. и Роуз, А. Мерцание светящегося пламени. Проц. Симп. Сгорел. 1–2 , 27–32 (1948).

    Артикул Google ученый

13. «>

    Китахара Х. и др. . Колебания и синхронизация при горении свечей. J. Phys. хим. А 113 , 8164–8168 (2009 г.).

    Артикул Google ученый

14. Форрестер, Д. М. Массивы связанных химических осцилляторов. науч. Респ. 5 , 16994 (2015).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья Google ученый

15. Окамото, К., Кидзима, А., Умено, Ю. и Сима, Х. Синхронизация в мерцании трехпарных пламени свечи. науч. Респ. 6 , 36145 (2016).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья Google ученый

16. Mardigian, M. Электростатический разряд (Третье издание, Wiley, Нью-Джерси, 2009 г.).

17. Лапп, М. и Рич, Дж. А. Электропроводность засеянной пламенной плазмы в сильных электрических полях. Физ. Жидкости 6 , 806–816 (1963).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья Google ученый

18. Wilson, H.A. Электропроводность пламени. Ред. Мод. физ. 3 , 156–189 (1931).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Статья Google ученый

19. Клементс, Р. М. и Сми, П. Р. Исследования электростатического зонда в пламенной плазме. J. Appl. физ. 40 , 4553–4558 (1969).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья Google ученый

20. Uhlherr, M.B. & Walsh, B.W. Разряды постоянного тока в пламени пропан-воздух. Горение. Пламя 17 , 45–54 (1971).

    КАС Статья Google ученый

Скачать ссылки

Информация об авторе

Примечания автора

1. Эти авторы внесли равный вклад: Нодока Мукаи и Гаку Тогава.

Авторы и филиалы

1. Faculty of Education, Nagasaki University, 1-14 Bunkyo-machi, Nagasaki, 852-8521, Japan

   Takao Fukuyama, Nodoka Mukai & Gaku Togawa

Authors

1. Takao Fukuyama

   View author publications

   Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

2. Nodoka Mukai

   Просмотр публикаций автора

   Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Академия

3. Gaku Togawa

   Посмотреть публикации автора

   Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

Contributions

T.F. разработал концепции этого исследования. Н.М. и Г.Т. проводили эксперименты и анализировали данные. Н.М., Г.Т. и Т.Ф. сделал теоретическую интерпретацию наблюдаемых явлений. Т.Ф. составил рукопись.

Автор, ответственный за переписку

Такао Фукуяма.

Заявление об этике

Конкурирующие интересы

Авторы не заявляют об отсутствии конкурирующих интересов.

Дополнительная информация

Примечание издателя Springer Nature остается нейтральной в отношении юрисдикционных претензий в опубликованных картах и ​​институциональной принадлежности.

Права и разрешения

Открытый доступ Эта статья находится под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 International License, которая разрешает использование, совместное использование, адаптацию, распространение и воспроизведение на любом носителе или в любом формате, при условии, что вы укажете соответствующую ссылку на оригинальный автор(ы) и источник, предоставьте ссылку на лицензию Creative Commons и укажите, были ли внесены изменения. Изображения или другие сторонние материалы в этой статье включены в лицензию Creative Commons для статьи, если иное не указано в кредитной строке материала. Если материал не включен в лицензию Creative Commons статьи, а ваше предполагаемое использование не разрешено законом или выходит за рамки разрешенного использования, вам необходимо получить разрешение непосредственно от правообладателя. Чтобы просмотреть копию этой лицензии, посетите http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

Перепечатка и разрешения

Об этой статье

Комментарии

Отправляя комментарий, вы соглашаетесь соблюдать наши Условия и правила сообщества. Если вы обнаружите что-то оскорбительное или не соответствующее нашим условиям или правилам, отметьте это как неприемлемое.

Скачать PDF

Plasma-Jet AirPro K 1530 + Cut Fire 100 Станок плазменной резки — Станки плазменной резки

• Технические характеристики
• информация о продукте
• Стандартное оборудование
• Дополнительное оборудование

Рабочая зона
Ширина реза	1550 мм
Длина реза	3050 мм
Высота стола	600 мм
Грузоподъемность стола	345 кг/м2
Ускоренная подача	15000 мм/мин
Масса (без источника плазмы)	1700 кг
Источник плазмы	Кьельберг

• Компактная конструкция с направляющими, встроенными в раму стола
• Система плазменной резки для личного пользования, обеспечивающая высокую эффективность при сниженной стоимости
• Тщательный выбор оптимальных компонентов обеспечивает те же функции резки, что и при большой плазменной резке. системы
• Машину можно перемещать и транспортировать в полностью собранном виде
• Приводы по обеим сторонам моста станка и привод Х-образного салазка вдоль моста станка осуществляются с постоянной точностью с помощью винтовой реечной передачи
• Станок имеет сегментный отсос рабочей поверхности , при этом соответствующая всасывающая заслонка открывается механически при прохождении моста машины.
• Расстояние между соплом плазменной резки и поверхностью листа поддерживается регулировкой высоты по оси Z; контроль высоты регулируется электрической дугой
• Головка плазменной резки с защитой от столкновений

Стол, подготовленный для системы фильтрации (механическое закрытие)
Серводвигатели и приводы Eckelmann
Автоматическая регулировка высоты резака от Eckelmann
Резак с магнитной муфтой и датчиком удара
Блок ЧПУ Eckelmann
Сенсорный экран 19 дюймов by ELO
A-Modul от Beckhoff
лазерная указка
Libellula. WIZARD PRO
Libellula.CAD 2D
Cut Fire 100

Обновление программного обеспечения с Libellula Wizard PRO до Libellula.CUT

Обновление программного обеспечения с Libellula Wizard PRO до Libellula.CUT. Включает опцию Nexting.

Обновление программного обеспечения с Libellula Wizard PRO до Libellula.CUT Артикул: 253421

Обновление программного обеспечения с Libellula Wizard PRO до Libellula.CUT

Обновление программного обеспечения с Libellula Wizard PRO до Libellula.CUT. Включает опцию Nexting.

Система вытяжки Plasma-Jet 4.000 м3/ч Артикул: 253397

Фильтровальная система Plasma-Jet 4.000 м3/ч

Нужна помощь в поиске машины?

Мы будем рады помочь вам принять правильное решение для достижения ваших бизнес-целей

Сервис KNUTH

Все машины время от времени нуждаются в пит-стопе. Благодаря нашим всеобъемлющим планам обслуживания, обучения и установки вы всегда будете получать максимально возможную производительность от своих машин KNUTH.

Посмотреть услуги

Посмотреть машины KNUTH в действии

Получите личное впечатление на одном из наших объектов! Многие машины в нашем портфолио всегда есть на складе и доступны для демонстрации.

Заказать демонстрацию

Plasma-Jet AirPro K 1530 + Cut Fire 100 Станок плазменной резки

Артикул: 422330

Приветствие*Миссис Мистер.

Должностная функция*Финансовый сотрудникТехнический сотрудникТехнический менеджерМенеджер по обучениюСотрудник по закупкамМенеджер по закупкамГенеральный менеджерДругое

---

Country*AlbaniaAlgeriaAndorraArmeniaAustraliaAustriaAzerbaijanBahrainBangladeshBelarusBelgiumBeninBosnia & HerzegovinaBruneiBulgariaBurkina FasoCambodiaCameroonChadChinaCroatiaCyprusCzechiaDenmarkDjiboutiEgyptEstoniaFinlandFranceGeorgiaGermanyGibraltarGreeceGreenlandGuernseyGuineaHong Kong SAR ChinaHungaryIcelandIndiaIndonesiaIranIraqIrelandIsraelItalyJapanJordanKazakhstanKuwaitKyrgyzstanLaosLatviaLebanonLibyaLithuaniaLuxembourgMacao SAR ChinaMalaysiaMaliMaltaMauritaniaMoldovaMonacoMongoliaMontenegroMoroccoMyanmar (Burma)NepalNetherlandsNew ZealandNigerNorth MacedoniaNorwayOmanPakistanPalestinian TerritoriesPapua New GuineaPhilippinesPolandPortugalQatarRomaniaRussiaSaudi ArabiaSerbiaSingaporeSlovakiaSloveniaSouth KoreaSpainSri LankaSudanSwedenSwitzerlandSyriaTaiwanTajikistanThailandTogoTunisiaTurkeyTurkmenistanUkraineUnited Arab EmiratesUnited KingdomUzbekistanVietnamYemen

State*AlaskaAlabamaArkansasAmerican SamoaArizonaCaliforniaColoradoConnecticutDistrict of ColumbiaDelawareFloridaFederated MicronesiaGeorgiaGuamHawaiiIowaIdahoIllinoisIndianaKansasKentuckyLouisianaMassachusettsMarylandMaineMarshall IslandsMichiganMinnesotaMissouriNorthern Mariana IslandsMississippiMontanaNorth CarolinaNorth DakotaNebraskaNew HampshireNew JerseyNew MexicoNevadaNew YorkOhioOklahomaOregonPennsylvaniaPuerto RicoPalauRhode IslandSouth CarolinaSouth DakotaTennesseeTexasUnited States Minor Outlying IslandsUtahVirginiaUS Virgin IslandsVermontWashingtonWisconsinWest VirginiaWyoming

ПромышленностьГорнодобывающая промышленностьПрофессиональное образование и высшие учебные заведенияХимияЭлектротехническая промышленность, в т. ч. полупроводники и системы накопления энергииЭнергетика и коммунальные услуги, такие как коммунальные услуги, электростанции и т.д. производство грузовиков и мотоцикловПищевая промышленностьАэрокосмическая промышленностьМашиностроениеМеталлостроительство и слесарное производствоМеталлургия — производство и переработка сталиВоенная промышленностьЖелезнодорожное строительствоСудостроениеТехнологии резки и субподрядСтроительство специальных транспортных средств, в т.ч. машины для сельского и лесного хозяйстваГосударственные, общественные и религиозные учрежденияКамнеобработкаИнструментальное производствоОбработка и субподрядДругое

Размер машинного паркаДо 5 станковБолее 5 станковБолее 10 станков

---

Запрашиваемая дата поставки*В кратчайшие срокиВ течение 3-6 месяцевВ течение 6-12 месяцев

Подпишитесь на рассылку новостей

Этот сайт защищен с помощью reCAPTCHA, а также применяются Политика конфиденциальности и Условия обслуживания Google.

Что-то пошло не так

Пожалуйста, обновите страницу и повторите попытку отправки формы.

Приветствие*Миссис Мистер.

---

Country*AlbaniaAlgeriaAndorraArmeniaAustraliaAustriaAzerbaijanBahrainBangladeshBelarusBelgiumBeninBosnia & HerzegovinaBruneiBulgariaBurkina FasoCambodiaCameroonChadChinaCroatiaCyprusCzechiaDenmarkDjiboutiEgyptEstoniaFinlandFranceGeorgiaGermanyGibraltarGreeceGreenlandGuernseyGuineaHong Kong SAR ChinaHungaryIcelandIndiaIndonesiaIranIraqIrelandIsraelItalyJapanJordanKazakhstanKuwaitKyrgyzstanLaosLatviaLebanonLibyaLithuaniaLuxembourgMacao SAR ChinaMalaysiaMaliMaltaMauritaniaMoldovaMonacoMongoliaMontenegroMoroccoMyanmar (Burma)NepalNetherlandsNew ZealandNigerNorth MacedoniaNorwayOmanPakistanPalestinian TerritoriesPapua New GuineaPhilippinesPolandPortugalQatarRomaniaRussiaSaudi ArabiaSerbiaSingaporeSlovakiaSloveniaSouth KoreaSpainSri LankaSudanSwedenSwitzerlandSyriaTaiwanTajikistanThailandTogoTunisiaTurkeyTurkmenistanUkraineUnited Arab EmiratesUnited KingdomUzbekistanVietnamYemen

State*AlaskaAlabamaArkansasAmerican SamoaArizonaCaliforniaColoradoConnecticutDistrict of ColumbiaDelawareFloridaFederated MicronesiaGeorgiaGuamHawaiiIowaIdahoIllinoisIndianaKansasKentuckyLouisianaMassachusettsMarylandMaineMarshall IslandsMichiganMinnesotaMissouriNorthern Mariana IslandsMississippiMontanaNorth CarolinaNorth DakotaNebraskaNew HampshireNew JerseyNew MexicoNevadaNew YorkOhioOklahomaOregonPennsylvaniaPuerto RicoPalauRhode IslandSouth CarolinaSouth DakotaTennesseeTexasUnited States Minor Outlying IslandsUtahVirginiaUS Virgin IslandsVermontWashingtonWisconsinWest VirginiaWyoming

---

Лучший способ связаться*ТелефонЭлектронная почта

Подпишитесь на новостную рассылку

Этот сайт защищен reCAPTCHA, к нему применяются Политика конфиденциальности и Условия обслуживания Google.

Спасибо!

Мы получили ваш запрос и ценим ваш интерес! Наш торговый представитель свяжется с вами в течение 1 рабочего дня.

Что-то пошло не так

Пожалуйста, обновите страницу и повторите попытку отправки формы.

Что такое огонь святого Эльма?

Огонь Святого Эльма ночью. (Изображение предоставлено Гетти)

Огонь Святого Эльма — это постоянное голубое свечение, которое иногда появляется возле остроконечных предметов во время бури. Название несколько неправильное, поскольку электрическое явление имеет больше общего с молнией или северным сиянием, чем с пламенем.

Капитаны морей и небес лучше всех знают огонь Святого Эльма, так как эфирный свет издавна цеплялся за мачты кораблей, а совсем недавно — за крылья самолетов. Моряки отмечали это зрелище тысячи лет, но только за последние полтора века ученые узнали достаточно о строении материи, чтобы понять, почему происходит это явление. Не боги и не святые разжигают загадочный огонь, а один из пять состояний вещества : плазма.

Сообщения о синих огнях, тускло мерцающих от снастей кораблей, восходят к древности, когда греки и римляне интерпретировали это зрелище как посещение близнецов-полубогов Кастора и Поллукса . Считавшиеся спасителями тех, кто оказался в опасности, явление близнецов должно было стать обнадеживающим знаком для моряков, переживающих шторм.

Явление позже получило свое современное название от Святого Эразма , или сокращенно Святого Эльма, жившего в третьем веке. Святой Эльмо ​​получил известность как покровитель моряков и кишечных расстройств после того, как, как сообщается, он был убит путем выпотрошения. Моряки молились ему в минуты бедствия и продолжали интерпретировать зарево огня Святого Эльма, пляшущее и шипящее на концах своих лодок, как благоприятное предзнаменование.

Что вызывает пожар Святого Эльма?

Научное понимание огня Святого Эльма стало возможным только после того, как британский химик и физик Уильям Крукс произвел то, что он назвал « лучистой материей », благодаря своей работе с электронными трубками в 1879 году. Открытие электрона произошло два десятилетия спустя, показав что мир состоит из более чем нейтральных атомов . Обнаружение того, что атомы содержат более мелкие заряженные частицы, оказалось важным для понимания того, почему материя Крукса сияет, запустив целую новую область физики плазмы.

Плазма возникает, когда избыточная энергия расщепляет атомы нейтрального газа с образованием заряженного газа. Одним из способов создания плазмы является нагревание. Например, при нагревании твердого льда молекулярные кристаллы превращаются в жидкую воду, а кипящая жидкая вода высвобождает молекулы воды, которые поднимаются в виде газообразного пара. Продолжайте сбрасывать энергию в пар (например, нагревая его до температуры выше 21 000 градусов по Фаренгейту 90 758 или 12 000 градусов по Цельсию), и атомы в молекулах воды изнашиваются, теряя свои электроны и превращаясь в заряженные ионы. Эта точка представляет собой переход от газа, облака нейтральных частиц, к плазме, облаку, содержащему много заряженных частиц.

Электричество может разрывать молекулы газа и создавать плазму легче, чем тепло, что является ключом к огню Святого Эльма. Во время грозы трение создает дополнительные электроны в определенных частях облаков, создавая мощные электрические поля, достигающие земли. Достаточно сильное поле теоретически может превратить воздух в плазму в любом месте, но на практике острые точки (такие как корабельная мачта) имеют тенденцию концентрировать поле, отрывая электроны от атомов и оставляя после себя заряженные ионы в особенно большом количестве вблизи острий. места.

Связанный: Эльфы, духи и голубые струи: самая странная молния Земли

Как только воздух вокруг мачты частично превращается в плазму, огонь Святого Эльма сияет посредством процесса, называемого коронным разрядом. Когда электрическое поле бросает электроны, они врезаются в нейтральные частицы и приводят эти нейтральные частицы в более энергичное состояние.

Представьте себе, что «какой-то хулиган идет по школьному двору и пинает всех детей», — сказала Кристина Линч, физик плазмы из Дартмутского колледжа в Нью-Гемпшире. «Они все взволнованы, а затем им нужно расслабиться». Чтобы охладиться, возбужденные частицы испускают фотон света с определенной энергией и цветом. Для азота и кислорода , которые преобладают в атмосфере Земли, эта вспышка света горит синим и фиолетовым соответственно.

Огонь Святого Эльма — это не молния

Хотя огонь Святого Эльма, как правило, возникает в штормовых условиях, это явление отличается от молнии. Свечение молнии содержит синий и фиолетовый по той же причине, но оно также светит белым — смесью многих цветов — поскольку нагревает воздух вокруг себя.

Красочные огни полярного сияния также получают свое свечение от релаксирующих частиц, хотя электроны, которые возбуждают эти частицы, в конечном счете получают свою энергию от солнечного ветра, а не от электрически заряженных облаков. Многие также путают огонь Святого Эльма с шаровой молнией, еще одним явлением накаливания, известным на протяжении тысячелетий. В то время как эти парящие сферы света остаются плохо изученными , два события были зарегистрированы вместе, как в отчете этого альпиниста от 1977 года, опубликованном в Journal of Scientific Exploration :

«Прямо подо мной было полуразрушенное здание. Я мог видеть все еще языки голубого пламени на каждой точке стального каркаса, выступавшего из руин.Пламя было разных размеров.Чем выше была точка, тем больше был язык пламени на ней.Еще ниже, на высоте 4000-4100 м [от 1300 до 1350 футов] сверкала молния. Оранжевые мячи размером с футбольный мяч летели по ветру на фоне черных туч».

Опасен ли огонь святого Эльма?

К счастью для туристов и моряков, огонь Святого Эльма не горит и не представляет непосредственной опасности, кроме самой потенциально ненастной погоды.

Тем не менее, инженеры должны принимать во внимание коронный разряд при проектировании электрооборудования, особенно линий электропередач, поскольку нежелательные пожары Святого Эльма могут лишить ценного электричества. Чтобы свести к минимуму этот эффект, многие междугородные линии электропередач имеют кольцеобразных «коронных колец» 9 .0758 вокруг остроконечных участков, таких как концы башен и столбов. Эти кольца удерживают электрическое поле от концентрации, достаточной для производства большого количества плазмы.

В других случаях инженеры нашли способы использовать коронный разряд в своих интересах . Процесс участвует в производстве озона, промышленного дезинфицирующего средства. Коронный разряд также играет роль в создании заряженных поверхностей внутри фотокопировального аппарата.

В то время как исследователи демистифицируют это явление и используют его в современных технологиях, безобидное, но чарующее сияние огня Святого Эльма по-прежнему способно удивлять прохожих, как и на протяжении тысячелетий.

Дополнительные ресурсы: 

• Плазма в огне Святого Эльма такая же, как и в неоновой вывеске; читать больше от Scientific American .
• В этом обучающем видео от Northwest Lineman College в Айдахо показано, где в линиях электропередач происходит коронный разряд.
• Смотреть это объяснение пожара Святого Эльма с канала Plasma на YouTube.

Чарли Вуд — штатный автор журнала Quanta Magazine, где он освещает физику как на планете, так и за ее пределами. Помимо Live Science, его работы также публиковались в Popular Science, Scientific American, The Christian Science Monitor и других изданиях. Ранее он преподавал физику и английский язык в Мозамбике и Японии и имеет степень бакалавра физики в Университете Брауна.

Регулярная сдача крови и плазмы снижает уровень PFAS у пожарных

Эмбарго до: Публично выпущено: 2022-04-11 10:03

Рецензируемое рандомизированное контролируемое исследованиеЛюдиЧто это означает?

Рецензировано: Эта работа была рассмотрена и тщательно изучена соответствующими независимыми экспертами.

Рандомизированное контролируемое исследование: Субъекты случайным образом распределяются в тестовую группу, которая получает лечение, или в контрольную группу, которая обычно получает плацебо. В «слепых» испытаниях участники не знают, в какой группе они находятся; в «двойных слепых» испытаниях экспериментаторы тоже ничего не знают. Слепые испытания помогают устранить предвзятость.

Люди: Это исследование основано на исследованиях с участием людей.

Регулярная сдача крови или плазмы может снизить уровень PFAS в крови, согласно клиническому исследованию, проведенному Университетом Маккуори и пожарно-спасательной службой Виктории, опубликованному в JAMA Network Open .

Журнал/конференция: JAMA Network Open

Ссылка на исследование (DOI): 10.1001/jamanetworkopen.2022.6257

Организация/и: Macquarie University

Спонсор: Fire Rescue Victoria, Австралия.

Пресс-релиз

От: Университет Маккуори От кого: Пожарно-спасательная служба Виктория

Регулярная сдача крови или плазмы может снизить уровень ПФАС в крови, согласно первому в мире клиническому исследованию Университета Маккуори и организации Fire Rescue Victoria, опубликованному в  Открытие сети JAMA .

Впервые было обнаружено, что вмешательство снижает уровень ПФАС.

ПФАС, известные как пер и полифторалкильные вещества, представляют собой группу синтетических химических веществ, используемых в промышленных и потребительских товарах, которые связаны с негативными последствиями для здоровья.

Ведущий автор исследования доктор Робин Гасиоровски, старший преподаватель гематологии в Медицинской школе Маккуори, сказал, что донорство крови и плазмы может быть простым вмешательством для людей с повышенным уровнем ПФАС.

«Результаты исследования показывают, что как регулярное донорство крови, так и плазмы привело к значительному снижению уровня ПФАС в крови по сравнению с контрольной группой», — сказал доктор Гасиоровски.

«Хотя оба вмешательства эффективны для снижения уровня ПФАС, донорство плазмы было более эффективным и соответствовало 30-процентному снижению».

Fire Rescue Victoria Помощник начальника пожарной службы Виктории Мик Тисбери, который много лет выступал за минимизацию PFAS в пожарно-спасательных службах и разработал первоначальную идею исследования, сказал, что результаты были положительным результатом для пожарных.

«Пожарные часто ставят здоровье и безопасность других людей выше собственного здоровья, поэтому приятно, что результаты этого исследования могут быть использованы для улучшения здоровья пожарных, которые приобрели высокие уровни PFAS в результате жизненно важной общественной работы», — помощник начальника. — сказал офицер пожарной охраны Тисбери.

«Важно также поблагодарить пожарных, которые добровольно посвятили свое время участию в этом важном исследовании. Выводы принесут пользу не только сообществу пожарных, но и другим людям, работающим в секторах с высоким риском, которые подвергаются воздействию химических веществ PFAS.

«Это исследование предоставит важную информацию о снижении воздействия PFAS и теперь будет распространяться по всей Австралии и во всем мире, чтобы другие могли извлечь пользу, действовать на основе этих знаний и продвигать эту важную работу».

Соавтор, почетный адъюнкт-профессор Университета Маккуори Марк Тейлор сказал, что стойкость химических веществ PFAS в окружающей среде означает, что также необходимы меры по снижению воздействия PFAS.

«ПФАС называют «вечными химическими веществами», потому что они медленно разлагаются в окружающей среде и в организме человека. В то время как мы работаем над устранением источников загрязнения PFAS и предотвращением воздействия, многообещающе увидеть, что мы также можем помочь снизить его уровень у таких людей, как пожарные», — сказал доцент Тейлор.

«Хотя в этом исследовании не изучалось влияние PFAS на здоровье или клинические преимущества его снижения у пожарных, эти важные вопросы заслуживают дальнейшего изучения, чтобы лучше понять последствия для здоровья от воздействия и лечения».

В клиническом испытании приняли участие 285 сотрудников пожарно-спасательной службы Виктории и подрядчиков с повышенным уровнем перфтороктанового сульфоната (ПФОС), часто обнаруживаемого типа ПФАС.

Участники были случайным образом распределены для сдачи плазмы каждые шесть недель в течение 12 месяцев, для сдачи цельной крови каждые 12 недель в течение 12 месяцев или для отказа от донорства в течение 12 месяцев (контрольная группа). Их уровни PFAS были измерены на исходном уровне, в конце 12 месяцев и через три месяца, чтобы проверить, были ли результаты устойчивыми.

Пожарные исторически сталкивались с огнетушащими пенами, которые содержат высокие уровни PFAS, и ранее было обнаружено, что уровни PFAS в крови выше, чем у населения в целом.

Новости для:

Австралия
Новый Южный Уэльс
Виктория
QLD

Контактные данные СМИ для этой статьи видны только зарегистрированным журналистам.

Прометейский огонь «Тесла-издание» – Aurora Plasma Design

Посмотреть в действии:

Примечание от владельца

После многих месяцев ожиданий теперь доступно избранное количество наших очень ограниченных глобусов «Tesla Edition». Добраться до этого места — отдельная история. Меня вдохновил клиент, который пришел в наш магазин и попросил один из наших оригинальных пластиковых глобусов, а не один из наших значительно улучшенных деревянных глобусов, потому что он сказал, что собирается сделать глобус в стиле «стимпанк». После того, как он ушел, я начал читать в Интернете о стимпанке, и быстрый поиск в Google дал следующую информацию: » Стимпанк — это поджанр научной фантастики или научной фантастики, который включает в себя технологии и эстетический дизайн, вдохновленный промышленными паровыми машинами 19-го века». Дальнейшие поиски привели меня к огромной коллекции невероятных устройств в стиле стимпанк, и я попался на крючок! Я поставил перед собой цель превратить один из наших глобусов во что-то, что сам Никола Тесла мог бы изобрести в параллельной вселенной, где миром правила паровая энергия.

Многие творческие и очень крутые устройства в стиле стимпанк были созданы разными людьми, но им часто не хватает настоящей механической функциональности. Я решил, что наш земной шар в стиле стимпанк должен управляться с помощью латунных элементов управления, давать пользователю настоящий опыт девятнадцатого века и выглядеть так, как будто он находился на борту подводной лодки капитана Немо.

Потребовался целый год свободного времени, чтобы понять, как собрать и переработать более сотни компонентов для использования в проекте. Во-первых, в оригинальном деревянном основании нужно было просверлить несколько отверстий для установки плазменной печи, переключателей и клапанов. Затем основание было очищено до голого дерева и заново обработано, чтобы соответствовать отделке и мастерству конца 1800-х годов. Цельные латунные клапаны были разобраны, а отдельные детали были обработаны таким образом, чтобы клапаны могли стыковаться с внутренними электрическими элементами управления. Чтобы добавить старинному «внешнему виду», современные блоки питания были установлены внутри украшенного латунью металлического корпуса и подключены к земному шару с помощью репродукции старинного провода, покрытого тканью, и старинных электрических разъемов. Сейчас не так уж много писать об изменениях, но поверьте мне, это кропотливая и трудоемкая работа. Конечным результатом стал плазменный глобус, которым мы очень гордимся и который отвечает нашим требованиям по стилю и функциональности.

На левой стороне основания есть 2 поворотных переключателя. Первый переключатель включает плазменную печь в основании земного шара и загорается индикатор мощности пара. Этот датчик выглядит великолепно, но не работает из-за технических и финансовых соображений. Интенсивность плазменной печи можно контролировать с помощью четырехспицевой ручки на верхнем левом клапане. Второй переключатель включения/выключения включает плазменный дисплей в стеклянном шаре диаметром 15 дюймов. Этот основной дисплей управляется поворотом большого латунного колеса, прикрепленного к клапану в нижней правой части основания. Если зритель хочет сосредоточиться на плазменный шторм внутри шара диаметром 15 дюймов, затем плазменная печь может быть отключена, и шар работает как один из наших стандартных шаров. Зритель заметит, что шар и печь взаимодействуют друг с другом, а это означает, что каждый дисплей может по-разному реагировать на собственное управление, в зависимости от состояния другого плазменного дисплея.

Любой из наших глобусов можно установить на верхнюю часть базы Tesla Edition, но для нашего первоначального предложения мы решили использовать глобус Genesis. Хотя мы продолжим делать версии Genesis, для наших последних глобусов Tesla Edition мы используем новый глобус, который мы называем «Promethean Fire». Мы работаем с этой газовой формулой более 3 лет, и она производит поразительные эффекты, которых нет ни в одном из наших других глобусов. Пожалуйста, смотрите полное описание ниже.

– Джерри

 

О нашем плазменном глобусе «Promethean Fire»

Этот уникальный глобус требует «периода обкатки» для достижения оптимальных характеристик отображения. Глобус прекрасен с первого дня, но примерно через 1000–2000 часов работы он станет еще лучше. Это описание следует за этим процессом созревания. Ниже на странице также есть видео-сравнение .

Сфера ранней стадии

Плазменная сфера «Прометеев огонь» создает неземную голубую ауру, которая светится интенсивнее по мере увеличения мощности. Зеленовато-белые, тонкие, мягкие усики появляются на центральном электроде, когда глобус включен. По мере увеличения мощности центральный электрод и внутренняя стенка шара начинают светиться голубым, а внутренняя часть заполняется голубоватым туманом. Все это представляет собой приятный контрастный фон, когда постоянно увеличивающиеся зеленые и белые усики тянутся и ударяют по стеклу. Когда уровень мощности приближается к 50%, некоторые щупальца прорываются яркими белыми молниями, которые очень энергичны.

Верхний диапазон мощности — это место, где сфера огня Прометея начинает показывать, почему она действительно особенная. К настоящему времени удары молнии заполняют земной шар, и если положить руку на земной шар, появятся усики с устойчивыми петлевыми характеристиками, которые другие наши глобусы не могут воспроизвести. Эти долговременные эффекты, похожие на веревку, — это то, чего мы пытались добиться, когда разрабатывали газовую смесь.

Зрелый «взломанный» глобус

Новые глобусы обычно слишком активны, чтобы получить наилучшие эффекты зацикливания, но по мере их созревания эффекты смягчаются и немного замедляются, когда глобус остается нетронутым. Это смягчение и утолщение усиков также приводит к тому, что зеленоватый цвет становится более ярким. С этим созреванием рука теперь будет производить более устойчивые красивые длинные веревки с петлями при прикосновении к земному шару. Этот период обкатки занимает от 1000 до 2000 часов работы, но глобусы великолепны с первого дня, поэтому мы настоятельно рекомендуем вам наслаждаться каждым часом и не торопить процесс.

Через 3 000–5 000 часов оставленный без присмотра шар будет иметь яркие зеленовато-белые усики, медленно развивающиеся в голубоватом тумане внутри шара цвета электрик, и время от времени спонтанные удары белых молний по стеклу. Прикосновение к земному шару оживит его! Длинные петлеобразные усики тянутся к вашей руке, и вы можете тянуть их вниз по земному шару и отпускать, чтобы они сами взорвались о основание и электродную башню.

Мы обнаружили, что примерно через 5000 часов эффекты шара стабилизируются. (Если вам интересно, мы установили электронные измерители времени в основании наших тестовых глобусов и периодически снимали их на видео). Основное видео на этом сайте показывает наш тестовый глобус, когда он наработал всего около 10 000 часов. Есть еще одно видео, в котором показано сравнение трех глобусов на разных стадиях процесса созревания. Пожалуйста, имейте в виду, что нет двух абсолютно одинаковых глобусов, и наше тестирование может дать только близкое приближение к тому, что можно ожидать от другого глобуса.

Сравнение возраста с эффектом плазмы

Важное примечание: Все фотографии и видео на нашем веб-сайте были сделаны в полной темноте. Описания эффектов основаны на наблюдениях за глобусами в такой же ближней темноте. Так же, как северное сияние невозможно увидеть днем, эффекты нашего земного шара лучше всего видны в затемненной среде. Повышение уровня окружающего освещения приведет к размытию цветов эффекта до тех пор, пока они почти не исчезнут при ярком солнечном свете.